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L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?
Actualités

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?

L’Univers ne révèle pas facilement ses secrets. En effet, même s’il ne fait aucun doute que l’expansion de l’Univers est réelle, l’histoire de cette expansion, ses variations au cours du temps et son rythme restent encore mal connus. Les mesures précises du fond diffus cosmologique – le premier rayonnement émis dans l’Univers quand il était âgé de 380 000 ans – par le satellite Planck ont permis de construire une vue d’ensemble cohérente de l'histoire de l'Univers. Cependant, ce tableau pourrait être remis en question par d’autres méthodes d’observation.

Une équipe menée par Sherry Suyu, de l’institut Max-Planck d’astrophysique, à Munich, et à laquelle participent Vivien Bonvin et Frédéric Courbin de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, a utilisé les images de quasars – des galaxies très actives lointaines – déformées par effet de lentille gravitationnelle pour estimer le taux d’expansion actuel de l’Univers. Leurs résultats ne s’accordent pas avec ceux de la mission Planck. Ils suggèrent que l’expansion cosmique est plus rapide qu’on ne le pensait. Pour l’expliquer, certains physiciens pensent qu’il faudra revoir certains aspects du modèle standard de la cosmologie.

La question de l’expansion de l’Univers a près d’un siècle. Dans les années 1920, alors que le belge Georges Lemaître proposait que l’Univers est en expansion, Edwin Hubble, de l’autre côté de l’océan Atlantique, observait que plus les galaxies sont distantes, plus elles s’éloignent rapidement : exactement ce qui était attendu si l'univers est en expansion. Hubble a évalué ce taux d’expansion – par la suite nommé « constante de Hubble » – à près de 500 kilomètres par seconde et par mégaparsec (1 parsec = 3,26 années-lumière) en se fondant sur l’observation de 46 galaxies. Depuis, les techniques de mesure et le nombre de galaxies observées ont  considérablement progressé, et la valeur de la constante de Hubble a été revue à la baisse. En 2015, les membres de la collaboration Planck ont ainsi évalué le taux d’expansion actuel à 67,8 kilomètres par seconde et par mégaparsec. Cependant cette estimation est indirecte, car elle ne peut être calculée indépendamment des autres paramètres du modèle cosmologique, et il faut donc faire certaines hypothèses. L’année dernière, l’astronome américain Adam Riess et son équipe ont trouvé une valeur plus élevée, d’environ 73 kilomètres par seconde et par mégaparsec, en utilisant la même méthode qu’Edwin Hubble, fondée sur la mesure de la distance et de la vitesse d’étoiles particulières, les céphéides, et d’explosions d’étoiles en supernovae. Même en prenant en compte les incertitudes sur ces deux mesures, les résultats de Planck et ceux d’Adam Riess ne sont pas compatibles.

Pour tenter de clarifier la situation, ou du moins donner des pistes pour résoudre ces incohérences, il est faut donc faire appel à d’autres approches indépendantes. En 1964, l’astrophysicien norvégien Sjur Refsdal a esquissé une méthode en utilisant les lentilles gravitationnelles. D’après la relativité générale, une forte concentration de masse déforme l’espace-temps et dévie donc la trajectoire de la lumière passant à proximité. Ainsi, une galaxie peut altérer le parcours de la lumière venant d’une source d'arrière plan. L’image de l’objet lointain est déformée et apparaît parfois démultipliée. Les trajets empruntés par la lumière composant ces images multiples étant de longueur différente, deux photons émis en même temps par la source d'arrière plan mais empruntant des parcours différents n’arrivent pas en même temps à l’observateur. Sjur Refsdal a montré que la mesure de ces délais temporels permet de calculer la constante de Hubble avec une bonne précision.

Vivien Bonvin, Frédéric Courbin et leurs collègues, dans le cadre de la collaboration H0LiCOW, ont utilisé les données du programme COSMOGRAIL, mené par l’EPFL, qui surveille depuis 2004 une vingtaine de quasars déformés par des lentilles gravitationnelles. La luminosité de ces galaxies à noyau actif varie de façon aléatoire, ce qui permet de reconnaître des motifs dans leur émission lumineuse et d’estimer les délais temporels induits par la lentille gravitationnelle. Les chercheurs ont également utilisé les données du télescope spatial Hubble et de télescopes au sol pour avoir une bonne connaissance de la distribution de masse des galaxies jouant le rôle des lentilles gravitationnelles. En améliorant une technique déjà utilisée en 2010 et 2014 pour deux quasars, ils ont étudié le quasar HE 0435-1223, observé pendant 13 ans et dont la lentille donne quatre images distinctes. Ils ont ainsi mesuré le délai entre les images, qui peut atteindre une dizaine de jours (et jusqu’à 91 jours pour le quasar RXJ1131 analysé en 2014 !) et en ont déduit la constante de Hubble. Leur estimation est de 71,9 kilomètres par seconde et par mégaparsec, avec une précision de 3,8 %. Une valeur est en bon accord avec les mesures effectuées sur les céphéides et les supernovae par l’équipe d’Adam Riess.

Comment expliquer le désaccord avec les données de Planck sur le fond diffus cosmologique ? Le fait que la méthode des lentilles gravitationnelle et celle des céphéides donnent des valeurs proches pourrait être le signe d'un problème dans l’interprétation du fond diffus cosmologique. Ainsi, certaines hypothèses faites pour calculer la constante de Hubble avec les données de Planck pourraient être à revoir, comme supposer que la géométrie de l’Univers est euclidienne ou que la nature de l’énergie sombre est celle d'une constante cosmologique.

Cependant, il n’est pas exclu que des facteurs d’incertitude non pris en compte entachent l’une ou l’autre des expériences. Récemment, Mickael Rigault, de l’institut de physique nucléaire de Lyon, a analysé les résultats d’Adam Riess et ses collègues en prenant en compte certains effets astrophysiques dans la sélection des supernovae. Après réexamen, la constante de Hubble s’approche de 70 kilomètres par seconde et par mégaparsec et la tension avec les résultats de Planck disparaît. Il est encore trop tôt pour savoir ce qu'il en est exactement. L’équipe de H0LiCOW compte analyser encore deux autres quasars associés à des lentilles gravitationnelles. Dans tous les cas, ces études indépendantes sont très utiles pour la cosmologie, car elles obligent à repenser les analyses afin de comprendre pourquoi les mesures semblent incompatibles.


Source : Pour la science
Crédit : ESA/Hubble, Nasa

Une galaxie massive déforme l’espace-temps et le trajet des rayons lumineux qui passent à proximité. Cet effet de lentille gravitationnelle crée quatre images d’un même quasar situé en arrière-plan (les points blancs).

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ? Actualités

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?

L’Univers ne révèle pas facilement ses secrets. En effet, même s’il ne fait aucun doute que l’expansion de l’Univers est réelle, l’histoire de cette expansion, ses variations au cours du temps et son rythme restent encore mal connus. Les mesures précises du fond diffus cosmologique – le premier rayonnement émis dans l’Univers quand il était âgé de 380 000 ans – par le satellite Planck ont permis de construire une vue d’ensemble cohérente de l'histoire de l'Univers. Cependant, ce tableau pourrait être remis en question par d’autres méthodes d’observation.

Une équipe menée par Sherry Suyu, de l’institut Max-Planck d’astrophysique, à Munich, et à laquelle participent Vivien Bonvin et Frédéric Courbin de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, a utilisé les images de quasars – des galaxies très actives lointaines – déformées par effet de lentille gravitationnelle pour estimer le taux d’expansion actuel de l’Univers. Leurs résultats ne s’accordent pas avec ceux de la mission Planck. Ils suggèrent que l’expansion cosmique est plus rapide qu’on ne le pensait. Pour l’expliquer, certains physiciens pensent qu’il faudra revoir certains aspects du modèle standard de la cosmologie.

La question de l’expansion de l’Univers a près d’un siècle. Dans les années 1920, alors que le belge Georges Lemaître proposait que l’Univers est en expansion, Edwin Hubble, de l’autre côté de l’océan Atlantique, observait que plus les galaxies sont distantes, plus elles s’éloignent rapidement : exactement ce qui était attendu si l'univers est en expansion. Hubble a évalué ce taux d’expansion – par la suite nommé « constante de Hubble » – à près de 500 kilomètres par seconde et par mégaparsec (1 parsec = 3,26 années-lumière) en se fondant sur l’observation de 46 galaxies. Depuis, les techniques de mesure et le nombre de galaxies observées ont  considérablement progressé, et la valeur de la constante de Hubble a été revue à la baisse. En 2015, les membres de la collaboration Planck ont ainsi évalué le taux d’expansion actuel à 67,8 kilomètres par seconde et par mégaparsec. Cependant cette estimation est indirecte, car elle ne peut être calculée indépendamment des autres paramètres du modèle cosmologique, et il faut donc faire certaines hypothèses. L’année dernière, l’astronome américain Adam Riess et son équipe ont trouvé une valeur plus élevée, d’environ 73 kilomètres par seconde et par mégaparsec, en utilisant la même méthode qu’Edwin Hubble, fondée sur la mesure de la distance et de la vitesse d’étoiles particulières, les céphéides, et d’explosions d’étoiles en supernovae. Même en prenant en compte les incertitudes sur ces deux mesures, les résultats de Planck et ceux d’Adam Riess ne sont pas compatibles.

Pour tenter de clarifier la situation, ou du moins donner des pistes pour résoudre ces incohérences, il est faut donc faire appel à d’autres approches indépendantes. En 1964, l’astrophysicien norvégien Sjur Refsdal a esquissé une méthode en utilisant les lentilles gravitationnelles. D’après la relativité générale, une forte concentration de masse déforme l’espace-temps et dévie donc la trajectoire de la lumière passant à proximité. Ainsi, une galaxie peut altérer le parcours de la lumière venant d’une source d'arrière plan. L’image de l’objet lointain est déformée et apparaît parfois démultipliée. Les trajets empruntés par la lumière composant ces images multiples étant de longueur différente, deux photons émis en même temps par la source d'arrière plan mais empruntant des parcours différents n’arrivent pas en même temps à l’observateur. Sjur Refsdal a montré que la mesure de ces délais temporels permet de calculer la constante de Hubble avec une bonne précision.

Vivien Bonvin, Frédéric Courbin et leurs collègues, dans le cadre de la collaboration H0LiCOW, ont utilisé les données du programme COSMOGRAIL, mené par l’EPFL, qui surveille depuis 2004 une vingtaine de quasars déformés par des lentilles gravitationnelles. La luminosité de ces galaxies à noyau actif varie de façon aléatoire, ce qui permet de reconnaître des motifs dans leur émission lumineuse et d’estimer les délais temporels induits par la lentille gravitationnelle. Les chercheurs ont également utilisé les données du télescope spatial Hubble et de télescopes au sol pour avoir une bonne connaissance de la distribution de masse des galaxies jouant le rôle des lentilles gravitationnelles. En améliorant une technique déjà utilisée en 2010 et 2014 pour deux quasars, ils ont étudié le quasar HE 0435-1223, observé pendant 13 ans et dont la lentille donne quatre images distinctes. Ils ont ainsi mesuré le délai entre les images, qui peut atteindre une dizaine de jours (et jusqu’à 91 jours pour le quasar RXJ1131 analysé en 2014 !) et en ont déduit la constante de Hubble. Leur estimation est de 71,9 kilomètres par seconde et par mégaparsec, avec une précision de 3,8 %. Une valeur est en bon accord avec les mesures effectuées sur les céphéides et les supernovae par l’équipe d’Adam Riess.

Comment expliquer le désaccord avec les données de Planck sur le fond diffus cosmologique ? Le fait que la méthode des lentilles gravitationnelle et celle des céphéides donnent des valeurs proches pourrait être le signe d'un problème dans l’interprétation du fond diffus cosmologique. Ainsi, certaines hypothèses faites pour calculer la constante de Hubble avec les données de Planck pourraient être à revoir, comme supposer que la géométrie de l’Univers est euclidienne ou que la nature de l’énergie sombre est celle d'une constante cosmologique.

Cependant, il n’est pas exclu que des facteurs d’incertitude non pris en compte entachent l’une ou l’autre des expériences. Récemment, Mickael Rigault, de l’institut de physique nucléaire de Lyon, a analysé les résultats d’Adam Riess et ses collègues en prenant en compte certains effets astrophysiques dans la sélection des supernovae. Après réexamen, la constante de Hubble s’approche de 70 kilomètres par seconde et par mégaparsec et la tension avec les résultats de Planck disparaît. Il est encore trop tôt pour savoir ce qu'il en est exactement. L’équipe de H0LiCOW compte analyser encore deux autres quasars associés à des lentilles gravitationnelles. Dans tous les cas, ces études indépendantes sont très utiles pour la cosmologie, car elles obligent à repenser les analyses afin de comprendre pourquoi les mesures semblent incompatibles.


Source : Pour la science
Crédit : ESA/Hubble, Nasa

Une galaxie massive déforme l’espace-temps et le trajet des rayons lumineux qui passent à proximité. Cet effet de lentille gravitationnelle crée quatre images d’un même quasar situé en arrière-plan (les points blancs).

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

11 - Aude

►Jusqu'au 21 septembre

EXPOSITION
"ESCALE EN MÉDITERRANÉE ROMAINE"
 
Après 10 années de recherches, et à travers plus de 150 objets archéologiques, l'exposition présente les principaux sites du système portuaire narbonnais, inscrit le port de Narbo Martius dans le réseau des ports de commerce romains de Méditerranée occidentale et détaille les activités et les métiers qui se développaient au sein de ce port. 

Musée Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

20 - Haute-Corse

►Le 26 avril

"ATELIER DE PEINTURE VÉGÉTALE"

Découvrez quelques plantes du parc et plantes sauvages, fabriquez vos aquarelles végétales avec une large gamme de couleurs et profitez d’un temps pour peindre avec les couleurs naturelles que vous aurez créées.
Infos et inscriptions au 07 68 83 07 79 ou kurcubitace@gmail.com.
Tarif : 30 €/personne.

Parc de Saleccia
Route de Bastia 
20220 Ile-Rousse
04 95 36 88 83
www.parc-saleccia.fr

25 - Doubs

►Jusqu'au 30 avril 

EXPOSITION 
"URGENCE CARBONE"

Urgence Carbone, œuvre d’Iris Leroyer réalisée en charbon de bois, symbolise une Terre carbonisée, qui souligne notre inertie face aux dérèglements de notre planète, en péril. Cette œuvre entre ainsi en dialogue avec les projections en grand format des sites du patrimoine mondial dans le Centre de lumières. 

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

►Du 1er juin au 19 octobre

FESTIVAL DES JARDINS
"L'ÉCOLE BUISSONNIÈRE"

Pour sa 25ème édition, en famille, découvrez des jardins ludiques et interactifs pensés pour reconnecter les enfants à la nature et développer leurs sens. Une porte d’entrée sur le rêve et l’imaginaire. Bien plus qu’un jardin, une expérience.

 Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

30 - Gard

►Du 14 au 25 avril

"ACTIVITÉS VACANCES DE PÂQUES"
GROTTE DE LA SALAMANDRE

La Grotte de la Salamandre célèbre le printemps avec un programme ludique et familial placé sous le signe de la nature et de l’imaginaire. Ateliers créatifs, escape game souterrain, chasse au trésor et omelette géante : tout est réuni pour offrir aux visiteurs une expérience joyeuse et enrichissante.

Grotte de la Salamandre
30430 Méjannes le Clap
04 66 600 600
www.grottedelasalamandre.com

31 - Haute-Garonne

►Le 27 avril

"JOURNÉE COCKPIT"
AILES ANCIENNES TOULOUSE

Les Ailes Anciennes organisent leur 1ère édition 2025 de la célèbre "Journée Cockpit". Cette année notre association a choisi de mettre à l’honneur l’aviation et l’automobile. Seront donc présents les membres de l’association « American Feeling Car Club » créée en 1989. Ces passionnés présenteront quelques-uns de leurs plus beaux véhicules américains à côté de nos aéronefs.

Ailes Anciennes Toulouse
Parking Site Aéroscopia - Allée André Turcat
31700 Blagnac
05 62 13 78 10
www.aatlse.org

 

52 - Haute-Marne

►Du 9 avril au 21 septembre

EXPOSITION
"AOTEAROA NOUVELLE-ZÉLANDE, LES PROTECTEURS DE L’ARCHE PERDUE"

Sabine Bernert vous guidera à la rencontre du rare Kakapo, ce perroquet nocturne au bord de l’extinction, de l’étonnant Kiwi et du mystérieux Tuatara, un reptile aux origines préhistoriques. À travers des récits émouvants et des témoignages inspirants, découvrez le combat quotidien de leurs protecteurs dévoués, déterminés à préserver ces trésors uniques. Un voyage entre légendes et réalités.

Musée de Saint-Dizier
17 rue de la Victoire 
52100 Saint-Dizier
03 25 07 31 50
www.saint-dizier.fr

62 - Pas-de-Calais

►Jusqu'au 4 avril

EXPOSITION
"CLUB DE PEINTURE DE BARLIN"

Au Musée Municipal Bruno Danvin, le Club de peinture de Barlin, animé par Laetitia Morez, expose 9 artistes (peinture, pastel, acrylique...).

Musée municipal Bruno Danvin
Rue Oscar Ricque
62130 Saint-Pol-sur-Ternoise
03 21 04 56 25 / 07 89 08 15 64 
www.saintpolsurternoise.fr

63 - Puy-de-Dôme

►Jusqu'au 18 mai

EXPOSITIONS
"Les extraordinaires aventures de Jean-Pierre Alibert" 
"Le Cabinet de Curiosités de Riom Limagne et Volcans" 
"Attention fragile !"

Le musée Mandet présente trois expositions inédites, mêlant art, histoire et sensibilisation environnementale. À travers ces expositions, vous découvrirez la richesse du monde animal, de l’héritage d’un aventurier du XIXe siècle et d’une création artistique participative unique inspirée des cabinets de curiosités.

Musée Mandet
14 rue de l’Hôtel de Ville
63200 Riom
04 73 38 18 53
www.rlv.eu/decouvrir/musees/musee-mandet-1

65 - Hautes Pyrénées

►Le 19 avril

"GARGAS BY NIGHT : LES ANIMAUX DE GARGAS !"

Ce sont les qui seront à l’honneur pendant cette soirée. Ils sont gravés ou peints sur les parois, ils ont été mangés par les gravettiens, ils ont vécu ou vivent encore dans la grotte…
Partez à la découverte du bestiaire des grottes de Gargas dans l'ambiance lumineuse de ce qui devait être celle des Cro-magnons. 
Grottes de Gargas / Nestploria

Grottes de Gargas / Nestploria
81 route de Gargas
65660 Aventignan
05 62 98 81 50
www.grottesdegargas.fr

67 - Bas-Rhin

►Jusqu'au 6 avril

EXPOSITION PHOTOGRAPHIQUE
"MOSSI : UN VASE, DES SAVOIR-FAIRE"

Découvrez les différentes étapes de fabrication du vase Mossi au travers des images prises à la manufacture Lalique par Karine Faby, un des Meilleurs Ouvriers de France 2023 en photographie industrielle.

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

►Jusqu'au 6 avril

MUSÉE LALIQUE
"JOURNÉES EUROPÉENNES DES MÉTIERS D’ART"

Le Musée Lalique propose des démonstrations par des personnes travaillant à la cristallerie, personnalisation d’objets achetés en boutique via une petite gravure et un jeu inédit pour tenter de gagner une visite de la manufacture ! Un atelier satinage à partir de 7 ans les 5 et 6 avril. 

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

71 - Saône-et-Loire

►Du 19 avril au 4 mai

"ATELIERS VACANCES DE PRINTEMPS"
LA MAISON DU CHAROLAIS

Des ateliers pour toute la famille : le hamburger du printemps avec une recette de pain vert, de fleurs et de feuilles avec une recette surprise, les petits artistes pourront se divertir avec l’atelier la "charolaise prend des couleurs" et la "charolaise en pointillés", et pour les amateurs de suspens, la chasse au trésor.

La Maison du Charolais
43 route de Mâcon
71120 Charolles
03 85 88 04 00
https://www.maison-charolais.com

75 - Paris

►Jusqu'au 31 août

EXPOSITION
"ALFRED DREYFUS. VÉRITÉ ET JUSTICE"

Le mahJ revient sur "l’Affaire" pour rappeler les grandes étapes de ce moment crucial de l’histoire de France. L'exposition révèle le combat acharné de Dreyfus pour faire éclater la vérité, corrigeant l'image d'un homme spectateur de la machination qui le conduisit à passer plus de quatre années à l'île du Diable et encore sept à lutter pour sa réhabilitation. 

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

►Du 8 avril au 31 juillet

EXPOSITION
"CLEMENCEAU ET BERTA ZUCKERKANDL"

Le musée Clemenceau invite le public à découvrir sa nouvelle exposition-focus Clemenceau, Berta Zuckerkandl, une amitié autour de l’art entre Vienne et Paris. À cette occasion, le musée présente deux dessins de Rodin issus de ses collections ainsi qu'un portrait inédit de Sophie Clemenceau, soeur de Berta et épouse du frère de Georges, Paul, réalisé par Eugène Carrière.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

►Jusqu'au 11 mai 

EMPREINTE CARBONE, L'EXPO !

Conçue pour un public familial et articulée en trois parties, Empreinte carbone, l’expo ! vise à déconstruire les présupposés et les idées reçues sur notre empreinte carbone, à en examiner les mécanismes et à proposer aux visiteurs un espace de réflexion sur les actions à mener face au défi du changement climatique. 

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 16 novembre 

EXPOSITION
"PAULA PADANI. LA DANSE MIGRANTE : HAMBOURG, TEL-AVIV, PARIS"

L’exposition retrace le parcours méconnu de la danseuse Paula Padani (1913-2001) à travers plus de 250 photographies, affiches, documents et costumes. Par sa vision du mouvement comme force de vie, par sa capacité de rebond entre plusieurs pays et cultures, elle aura frayé de nouvelles routes pour son art et joué un rôle pionnier dans l’émergence de la danse contemporaine israélienne. 

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

84 - Vaucluse

►Jusqu'au 10 juin

EXPOSITIONS
"CIRCUIT COURT & DÉTOURS"

Une exposition sous le signe du "local", et du mouvement. Paysages, scènes de la vie quotidienne, portraits et natures mortes, peintres des 19e et 20e siècles liés à Avignon ou sa région, œuvres issues de collections particulières des environs d'Avignon et du musée Vouland. 

Musée Louis Vouland
17 rue Victor-Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

►Jusqu'au 10 juin

EXPOSITIONS
JEAN-PIERRE GRAS (1879-1964)

Sculpteur et peintre avignonnais, Jean-Pierre Gras est le fils du félibre Félix Gras. Élève de Pierre Grivolas proche de nombreux artistes de la « nouvelle école d’Avignon », il est membre du Groupe des Treize.

 Musée Louis Vouland
17 rue Victor-Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

Lieux:
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