Quelle est la forme de l’Univers ? Une nouvelle étude suggère que nous nous sommes trompés

Les scientifiques de Planck ont remarqué l’effet de lentille plus important que prévu il y a des années ; l’anomalie est apparue de manière plus évidente dans leur analyse finale de l’ensemble des données, publiée l’année dernière. Si l’univers est plat, les cosmologistes s’attendent à ce qu’une mesure de la courbure se situe à environ un « écart-type » de zéro, en raison des fluctuations statistiques aléatoires des données. Or, l’équipe Planck et les auteurs du nouvel article ont constaté que les données du CMB s’écartent de 3,4 écarts-types. Si l’on part du principe que l’univers est plat, il s’agit là d’une grande chance – à peu près l’équivalent d’un tirage au sort avec pile ou face 11 fois de suite, ce qui arrive moins de 1 % du temps. L’équipe de Planck attribue la mesure à une telle chance, ou à un effet non pris en compte qui brouille la lumière du CMB, imitant l’effet de la matière supplémentaire.

Ou peut-être que l’univers est vraiment fermé. Di Valentino et ses coauteurs soulignent qu’un modèle fermé résout d’autres découvertes anormales dans le CMB. Par exemple, les chercheurs déduisent les valeurs des ingrédients clés de notre univers, comme la quantité de matière noire et d’énergie noire, en mesurant les variations de la couleur de la lumière du CMB provenant de différentes régions du ciel. Mais curieusement, ils obtiennent des réponses différentes lorsqu’ils comparent de petites régions du ciel et lorsqu’ils comparent de grandes régions. Les auteurs soulignent que lorsque vous recalculez ces valeurs en supposant un univers fermé, elles ne diffèrent pas.

Will Kinney, cosmologiste à l’Université de Buffalo dans l’État de New York, a qualifié cet avantage bonus du modèle d’univers fermé de « vraiment intéressant. » Mais il a noté que les divergences entre les variations à petite et à grande échelle observées dans la lumière du CMB pourraient facilement être elles-mêmes des fluctuations statistiques, ou elles pourraient provenir de la même erreur non identifiée qui pourrait affecter la mesure de la lentille.

Il n’y a que six de ces propriétés clés qui façonnent l’univers, selon la théorie standard de la cosmologie, connue sous le nom de ΛCDM (nommée pour l’énergie sombre, représentée par la lettre grecque Λ, ou lambda, et la matière sombre froide). Avec seulement six chiffres, ΛCDM décrit avec précision presque toutes les caractéristiques du cosmos. Et ΛCDM ne prédit aucune courbure ; il dit que l’univers est plat.

Le nouveau document soutient effectivement que nous pourrions avoir besoin d’ajouter un septième paramètre à ΛCDM : un nombre qui décrit la courbure de l’univers. Pour la mesure de la lentille, l’ajout d’un septième nombre améliore l’ajustement avec les données.

Mais d’autres cosmologistes soutiennent qu’avant de prendre une anomalie suffisamment au sérieux pour ajouter un septième paramètre à la théorie, nous devons prendre en compte toutes les autres choses que ΛCDM obtient correctement. Bien sûr, nous pouvons nous concentrer sur cette seule anomalie – une pièce de monnaie qui tombe face 11 fois de suite – et dire que quelque chose ne va pas. Mais le CMB est un ensemble de données tellement vaste que cela revient à jouer à pile ou face des centaines ou des milliers de fois. Il n’est pas difficile d’imaginer qu’en faisant cela, nous rencontrerons une série aléatoire de 11 têtes. Les physiciens appellent cela l’effet « regarder ailleurs ».

De plus, les chercheurs notent que le septième paramètre n’est pas nécessaire pour la plupart des autres mesures. Il existe une deuxième façon de glaner la courbure spatiale à partir du CMB, en mesurant les corrélations entre la lumière provenant d’ensembles de quatre points dans le ciel ; cette mesure de « reconstruction par lentille » indique que l’univers est plat, sans qu’un septième paramètre soit nécessaire. En outre, les observations indépendantes de l’enquête BOSS sur les signaux cosmologiques appelés oscillations acoustiques baryoniques indiquent également que l’univers est plat. Planck, dans leur analyse de 2018, a combiné leur mesure de lentille avec ces deux autres mesures et est arrivé à une valeur globale pour la courbure spatiale à moins d’un écart-type de zéro.

Di Valentino, Melchiorri et Silk pensent que le fait de tirer ces trois ensembles de données différents ensemble masque le fait que les différents ensembles de données ne sont pas réellement en accord. « Le point ici n’est pas que l’univers est fermé », a déclaré Melchiorri par courriel. « Le problème est l’incohérence entre les données. Cela indique qu’il n’y a actuellement aucun modèle de concordance et qu’il nous manque quelque chose. » En d’autres termes, ΛCDM est erroné ou incomplet.

Tous les autres chercheurs consultés pour cet article pensent que le poids des preuves indique que l’univers est plat. « Compte tenu des autres mesures », a déclaré Addison, « l’interprétation la plus claire de ce comportement des données de Planck est qu’il s’agit d’une fluctuation statistique. Peut-être est-elle causée par une légère imprécision dans l’analyse de Planck, ou peut-être s’agit-il simplement de fluctuations dues au bruit ou au hasard. Mais dans tous les cas, il n’y a pas vraiment de raison de prendre ce modèle fermé au sérieux. »

Ceci ne veut pas dire que des pièces ne manquent pas au tableau cosmologique. ΛCDM prédit apparemment la mauvaise valeur pour le taux d’expansion actuel de l’univers, provoquant une controverse connue sous le nom de problème de la constante de Hubble. Mais supposer que l’univers est fermé ne résout pas ce problème – en fait, l’ajout de la courbure aggrave la prédiction du taux d’expansion. À part la mesure de lentille anormale de Planck, il n’y a aucune raison de penser que l’univers est fermé.

« Le temps nous le dira, mais je ne suis pas, personnellement, terriblement inquiet à ce sujet », a déclaré Kinney, en faisant référence à la suggestion de courbure dans les données du CMB. « C’est du genre avec des anomalies similaires qui se sont avérées être de la vapeur. »

Mise à jour : 15 juillet 2020
De nouvelles mesures du fond diffus cosmologique par le télescope cosmologique d’Atacama constatent que l’univers est plat, avec une densité correspondant à la densité critique. « Nous ne trouvons aucune preuve de déviation de la planéité », écrivent les scientifiques d’ACT, « soutenant l’interprétation selon laquelle le est une fluctuation statistique. »

Corrigée le 4 novembre 2019 : la version originale de cet article faisait référence au satellite BOSS. En fait, l’enquête BOSS a été menée sur un télescope au sol.

Cet article a été réimprimé en espagnol sur Investigacionyciencia.es.