Tout ce que nous pensons savoir sur la forme de l'univers pourrait être faux. Au lieu d'être plat comme un drap de lit, notre univers peut être courbé, comme un ballon gonflé massif, selon une nouvelle étude.
C'est le résultat d'un nouvel article publié aujourd'hui (4 novembre) dans la revue Nature Astronomy, qui examine les données du fond micro-ondes cosmique (CMB), le faible écho du Big Bang. Mais tout le monde n'est pas convaincu; les nouvelles conclusions, basées sur des données publiées en 2018, contredisent les deux années de sagesse conventionnelle et une autre étude récente basée sur ce même ensemble de données CMB.
Si l'univers est courbé, selon le nouveau papier, il se courbe doucement. Cette flexion lente n'est pas importante pour se déplacer dans nos vies, dans notre système solaire ou même dans notre galaxie. Mais voyagez au-delà de tout cela, en dehors de notre voisinage galactique, loin dans l'obscurité profonde, et finalement - en vous déplaçant en ligne droite - vous bouclerez et vous retrouverez tout de suite là où vous avez commencé. Les cosmologistes appellent cette idée «l'univers fermé». Cela existe depuis un certain temps, mais cela ne correspond pas aux théories existantes sur le fonctionnement de l'univers. Il a donc été largement rejeté en faveur d'un "univers plat" qui s'étend sans frontière dans toutes les directions et ne se boucle pas sur lui-même. Maintenant, une anomalie dans les données de la meilleure mesure du CMB offre des preuves solides (mais pas absolument concluantes) que l'univers est fermé après tout, selon les auteurs: cosmologue Eleonora Di Valentino de l'Université de Manchester, cosmologiste de l'Université Sapienza de Rome Alessandro Melchiorri et le cosmologiste de l'Université Johns Hopkins, Joseph Silk.
La différence entre un univers fermé et ouvert est un peu comme la différence entre un drap plat étiré et un ballon gonflé, a déclaré Melchiorri à Live Science. Dans les deux cas, le tout se développe. Lorsque la feuille se développe, chaque point s'éloigne de tout autre point en ligne droite. Lorsque le ballon est gonflé, chaque point de sa surface s'éloigne de tous les autres points, mais la courbure du ballon rend la géométrie de ce mouvement plus compliquée.
"Cela signifie, par exemple, que si vous avez deux photons et qu'ils voyagent en parallèle dans un univers fermé, ils se rencontreront", a déclaré Melchiorri.
Dans un univers ouvert et plat, les photons, laissés intacts, voyageraient le long de leurs parcours parallèles sans jamais interagir.
Le modèle conventionnel de l'inflation de l'univers, a déclaré Melchiorri, suggère que l'univers devrait être plat. Rembobinez l'expansion de l'espace jusqu'au début, jusqu'aux premières 0,000000000000000000000000001 secondes après le Big Bang, selon ce modèle, et vous verrez un moment d'expansion exponentielle incroyable alors que l'espace se développera à partir de ce point infinitésimal dans lequel il a commencé. Et la physique de cette expansion ultra-rapide pointe vers un univers plat. C'est la première raison pour laquelle la plupart des experts pensent que l'univers est plat, a-t-il déclaré. Si l'univers n'est pas plat, vous devez "affiner" la physique de ce mécanisme primordial pour que tout s'emboîte - et refaire d'innombrables autres calculs dans le processus, a déclaré Melchiorri.
Mais cela pourrait s'avérer nécessaire, ont écrit les auteurs dans la nouvelle étude.
C'est parce qu'il y a une anomalie dans le CMB. Le CMB est la chose la plus ancienne que nous voyons dans l'univers, faite de lumière micro-ondes ambiante qui imprègne tout l'espace lorsque vous bloquez les étoiles et les galaxies et autres interférences. C'est l'une des sources de données les plus importantes sur l'histoire et le comportement de l'univers, car elle est si ancienne et si répandue dans l'espace. Et il s'avère, selon les dernières données, qu'il y a beaucoup plus de "lentilles gravitationnelles" du CMB que prévu - ce qui signifie que la gravité semble plier les micro-ondes du CMB plus que la physique existante ne peut l'expliquer.
Les données sur lesquelles l'équipe s'appuie proviennent d'une version 2018 de l'expérience Planck - une expérience de l'Agence spatiale européenne (ESA) pour cartographier le CMB plus en détail que jamais. (Les nouvelles données seront publiées dans un prochain numéro de la revue Astronomy & Astrophysics et sont disponibles dès maintenant sur le site Web de l'ESA. Di Valentino et Melchiorri ont également participé à cet effort.)
Pour expliquer cette lentille supplémentaire, la Collaboration Planck vient de clouer sur une variable supplémentaire, que les scientifiques appellent "A_lens", au modèle du groupe de la formation de l'univers, "C'est quelque chose que vous mettez là à la main, essayant d'expliquer ce que vous voyez. Il n'y a aucun lien avec la physique ", a déclaré Melchiorri, ce qui signifie qu'il n'y a pas de paramètre A_lens dans la théorie de la relativité d'Einstein. "Ce que nous avons découvert, c'est que vous pouvez expliquer A_lens avec un univers positivement incurvé, ce qui est une interprétation beaucoup plus physique que vous pouvez expliquer avec la relativité générale."
Melchiorri a souligné que l'interprétation de son équipe n'est pas concluante. Selon les calculs du groupe, les données de Planck pointent vers un univers fermé avec un écart-type de 3,5 sigma (une mesure statistique qui signifie environ 99,8% de confiance que le résultat n'est pas dû au hasard). C'est bien en deçà des 5 sigma standards que les physiciens recherchent habituellement avant d'appeler une idée confirmée.
Mais certains cosmologistes ont dit qu'il y avait encore plus de raisons d'être sceptiques.
Andrei Linde, cosmologiste à l'Université de Stanford, a déclaré à Live Science que l'article Nature Astronomy n'avait pas pris en compte un autre article important, publié dans la base de données arXiv le 1er octobre (ce document n'a pas encore été publié dans une revue à comité de lecture). )
Dans cet article, les cosmologistes de l'Université de Cambridge, George Efstathiou et Steven Gratton, qui ont également travaillé sur la collaboration Planck, ont examiné un sous-ensemble de données plus étroit que l'article Nature Astronomy. Leur analyse a également soutenu un univers incurvé, mais avec beaucoup moins de confiance statistique que Di Valentino, Melchiorri et Silk ont trouvé en regardant un plus grand segment des données de Planck. Cependant, lorsque Efstathiou et Graton ont examiné les données avec deux autres ensembles de données existants du premier univers, ils ont constaté que dans l'ensemble, les preuves pointaient vers un univers plat.
Interrogé sur le papier Efstathiou et Gratton, Melchiorri a salué le traitement soigneux de l'œuvre. Mais il a dit que l'analyse du duo repose sur un segment trop petit des données de Planck. Et il a souligné que leurs recherches étaient basées sur une version modifiée (et, en théorie, améliorée) des données de Planck - et non sur l'ensemble de données publiques que plus de 600 physiciens avaient vérifié.
Linde a souligné cette réanalyse comme un signe que le document d'Efstathiou et Gratton était basé sur de meilleures méthodes.
Efstathiou a demandé à ne pas être cité directement, mais a souligné dans un e-mail à Live Science que si l'univers était courbé, cela poserait un certain nombre de problèmes - en contradiction avec ces autres ensembles de données du premier univers et en faisant des écarts dans le taux observé de l'univers. expansion bien pire. Gratton a dit qu'il était d'accord.
Melchiorri a également convenu que le modèle à univers fermé poserait un certain nombre de problèmes pour la physique.
"Je ne veux pas dire que je crois en un univers fermé", a-t-il déclaré. "Je suis un peu plus neutre. Je dirais, attendons les données et ce que les nouvelles données diront. Ce que je crois, c'est qu'il y a un écart maintenant, que nous devons être prudents et essayer de trouver ce qui est produisant cet écart. "
