Quiconque a déjà mesuré quelque chose deux fois, comme la largeur d’une porte, et obtenu deux réponses différentes sait à quel point cela peut être ennuyeux. Imaginez maintenant que vous êtes un physicien et que ce que vous mesurez nous dit quelque chose de fondamental sur l’Univers. Il y a un certain nombre d’exemples comme celui-ci – nous n’arrivons pas à obtenir des mesures pour s’accorder sur la durée de survie des neutrons en dehors des noyaux atomiques, par exemple.
Mais peu d’entre eux sont plus fondamentaux pour le comportement de l’Univers que des désaccords sur ce qu’on appelle la constante de Hubble, une mesure de la rapidité avec laquelle l’Univers se développe. Nous l’avons mesuré en utilisant des informations dans le fond diffus cosmologique et avons obtenu une valeur. Et nous l’avons mesuré en utilisant la distance apparente aux objets dans l’univers actuel et avons obtenu une valeur qui diffère d’environ 10 %. Pour autant que n’importe qui puisse le dire, il n’y a rien de mal avec l’une ou l’autre des mesures, et il n’y a aucun moyen évident de les mettre d’accord.
Maintenant, les chercheurs ont réussi à faire une troisième mesure indépendante de l’expansion de l’Univers en suivant le comportement d’une supernova à lentille gravitationnelle. Lors de sa découverte, la lentille avait créé quatre images de la supernova. Mais quelque temps plus tard, un cinquième est apparu, et ce délai est influencé par l’expansion de l’Univers – et donc la constante de Hubble.
Constante incohérente
La constante de Hubble est une mesure de l’expansion de l’Univers, comme vous pouvez le constater à partir de ses unités, qui sont des kilomètres par seconde par mégaparsec. Ainsi, chaque seconde, chaque Mégaparsec de l’Univers s’agrandit d’un certain nombre de kilomètres. Une autre façon de penser à cela est en termes d’objet relativement stationnaire à un mégaparsec : chaque seconde, il s’éloigne d’un certain nombre de kilomètres.
Combien de kilomètres? C’est le problème ici. Les mesures du fond diffus cosmologique à l’aide du satellite Planck ont produit une valeur de 67 km/s Mpc. Celles réalisées en suivant des supernovae distantes produisent une valeur de 73 km/s Mpc. Nous ne savons pas pourquoi ces mesures devraient différer, ou s’il y a un problème technique avec l’un d’entre eux que nous n’avons pas encore identifié. Mais c’est considéré comme un problème important non résolu.
Le nouveau travail implique une troisième façon de mesurer la distance qui est indépendante des deux autres. Il repose sur la lentille gravitationnelle, où la distorsion dans l’espace-temps causée par un objet massif agit comme une lentille pour agrandir un objet en arrière-plan. Comme il ne s’agit pas d’objectifs de qualité optique parfaite, il y a souvent des distorsions et des irrégularités. Cela fait que la lumière de l’objet d’arrière-plan emprunte des chemins différents vers la Terre, et ainsi un seul objet peut apparaître à plusieurs endroits différents répartis autour de la lentille.
À des échelles cosmologiques, ces chemins peuvent également obliger la lumière à parcourir des distances très différentes pour se rendre sur Terre. Et, puisque la lumière se déplace à une vitesse finie, cela signifie que nous pouvons regarder un seul objet tel qu’il était à différents fois. L’année dernière, par exemple, des chercheurs ont identifié une seule image du télescope spatial Hubble qui a capturé une supernova telle qu’elle était à trois moments différents après son explosion.
Le nouveau travail se concentre sur un cas similaire, une supernova identifiée pour la première fois en 2014, et maintenant appelée SN Refsdal, du nom de l’astronome qui a proposé pour la première fois d’utiliser des explosions à lentilles pour effectuer des mesures. Lorsqu’il a été détecté pour la première fois, le lointain SN Refsdal a été pris en photo par un amas de galaxies appelé MACS J1149.6+2223, qui en a créé quatre images distinctes. Mais les études de la lentille formée par MACS J1149.6+2223 ont rapidement montré qu’elle créerait une image supplémentaire environ un an plus tard.
Ces prédictions se sont avérées exactes. Les images prises fin 2015 ont identifié la cinquième image de l’événement créée par la lentille gravitationnelle.