L'édito de Françoise Combes : ces trois énigmes signalent-elles une nouvelle astrophysique et cosmologie ?

L’article de Laurent Sacco fait le point sur les récents débats très animés concernant les galaxies ultra-diffuses, appelées UDG (Ultra-Diffuse Galaxies). Ce sont des galaxies de grande taille mais dont la masse d'étoiles est celle des galaxies naines. Leur densité de surface est très faible, et la théorie prédit qu'elles devraient être dominées par la matière noirematière noire. Il est vrai que certaines le sont, par contre, d'autres en interaction avec des galaxies plus massives, ne le sont pas.

Est-ce un problème de mesure, d'interprétation ? ou bien sont-elles encore hors d'équilibre, car perturbées par les forces de marée ? Ces galaxies sont aussi des tests pour les théories alternatives à la matière noire.

Un autre domaine dans lequel les progrès ont été rapides ces dernières années est celui des sursauts radio rapidessursauts radio rapides, ou FRB (Fast Radio Bursts). Duncan Lorimer et ses collaborateurs, en 2007, publiaient leur découverte et, pendant plusieurs années, les FRB sont restés très mystérieux car ils ne se répétaient pas ; il était impossible de savoir quels astresastres en étaient responsables. Dans la dernière décennie, des répétitions ont été détectées, et de plus en plus de FRB, certains dans la Voie lactéeVoie lactée, ce qui a permis de remonter à des étoiles à neutrons, et surtout des objets à champ magnétiquechamp magnétique intense, les magnétarsmagnétars.

Aujourd'hui, les instruments précurseurs de l'interféromètreinterféromètre SKA (Square Kilometer Array) en détectent des centaines, comme le décrit Nathalie MayerNathalie Mayer dans son article. Tous les mystères ne sont pourtant pas résolus...

L'énigmatique et paradoxale expansion accélérée du Cosmos

Une tension concernant la valeur de la constante de Hubbleconstante de Hubble est une nouvelle source de débat, et va peut-être déboucher sur la découverte d'une nouvelle physiquephysique (ndlr : un article sur ce débat est aussi publié aujourd'hui pour les 20 ans de Futura).

La constante de Hubble-Lemaître a connu une histoire mouvementée. Edwin HubbleEdwin Hubble la découvre en 1929 avec les mesures de vitessesvitesses des galaxies de Vesto Slipher, les distances obtenues par la loi, récemment découverte, de la relation période-luminositéluminosité des Céphéides, par Henrietta LeavittHenrietta Leavitt, en 1909. Cette première relation entre distance et vitesse des galaxies est une loi de proportionnalité avec une constante H₀ égale à près de 10 fois la constante connue aujourd'hui. C'est l'abbé Lemaître qui réalise le premier qu'il ne s'agit pas vraiment d'un effet Dopplereffet Doppler mais d'une dilatationdilatation de l'espace, prévue par les équationséquations d'EinsteinEinstein de la relativité généralerelativité générale de 1915. Remontant le temps, il baptise l'universunivers primordial comme l'atomeatome primitif qui devient le Big BangBig Bang avec Fred Hoyle en 1949.

Cette fameuse constante a beaucoup varié au cours du XX^e siècle, où les distances des galaxies sont mal connues. Elle varie entre 50 et 100km/s/Mpc, ce qui a un grand impact sur l'âge de l'Univers : plus H₀ est grand, plus l'âge de l'Univers est petit.  

Au point que certaines étoiles deviennent  plus vieilles que l'Univers !

Cette illustration montre Georges Lemaître (1894-1966) à gauche, et Edwin Hubble (1889-1953) à droite. Le télescope sur la gauche est le télescope Hooker du mont Wilson en Californie. Le télescope spatial Hubble est sur la droite. © Nasa, Esa, A. Feild

Au fil du temps, et des progrès des télescopestélescopes, un nouvel indicateur de distance, une nouvelle chandelle standardchandelle standard, a vu le jour sous la forme des supernovaesupernovae de type Ia : elles permettent de déterminer les distances bien plus loin que les Céphéides, car elles sont très brillantes. En mesurant la duréedurée de leur courbe de lumièrelumière, il est possible d'en déduire leur luminosité intrinsèque, et donc leur distance. Surprise : ces supernovae étaient beaucoup plus éloignées que prévu par leur décalage spectral. C'est ainsi qu'a été découverte l'accélération de l'expansion en 1998 (Prix Nobel 2011), qui rend compatible l'âge de l'Univers avec l'âge des étoiles.

Pendant près de 20 ans, toutes les observations (fond cosmologique avec WMAPWMAP, PlanckPlanck, lentilles gravitationnelleslentilles gravitationnelles, SNIa, etc), sont tombées d'accord pour établir le modèle de convergence de l'Univers, avec 30 % de matière, 70 % d'énergie noireénergie noire, et une constante H₀ = 70km/s/Mpc. Depuis ces dernières années, toutefois, une tension se développe entre la valeur de H₀ mesurée localement (Céphéides et autres chandelles standard) et celle déduite du modèle de cosmologiecosmologie LCDM, avec la physique de l'univers primordial :  H₀=73 d'un côté, 66 km/s/Mpc de l'autre.

Est-ce que cela vient de la masse des neutrinos ? de la quintessence, de l'énergie noire ? ou d'une autre physique ?

L'espace à découvrir est encore immense...