L’Univers pourrait être deux fois plus vieux que prévu

L’âge de l’Univers fait l’objet d’un débat passionné depuis des décennies. Depuis quelques années, un début de consensus a commencé à émerger ; la plupart des spécialistes considèrent aujourd’hui que notre monde est âgé de 13,797 milliards d’années. Mais, dans un papier repéré par ScienceAlert, des chercheurs de l’Université d’Ottawa viennent de mettre un grand coup de pied dans la fourmilière en suggérant qu’il pourrait finalement être deux fois plus ancien.

Si cette question n’a toujours pas de réponse tranchée et définitive alors que des spécialistes la décortiquent sans cesse depuis si longtemps, c’est qu’il est extrêmement difficile de trouver des éléments fiables sur lesquels se baser.

Aujourd’hui, l’approche la plus concluante repose sur les observations des plus vieilles étoiles, qui ont été interprétées à travers le prisme des travaux de l’astrophysicien Vesto Slipher. Dans les années 1910, il a été le premier à découvrir le décalage vers le rouge des galaxies, plus connu sous le nom de redshift.

Quand les astronomes voient rouge

Ce terme désigne un phénomène qui est devenu une des clés de voûte de la cosmologie. Même s’il existe des différences relativement importantes, pour expliquer le concept du redshift, il est souvent rapproché de l’effet Doppler. C’est ce dernier qui explique, entre autres, le changement du bruit d’une Formule 1 ou d’une sirène d’ambulance qui passe à proximité.

Vous avez certainement déjà remarqué qu’en écoutant attentivement, il est possible de deviner le mouvement du véhicule par rapport à vos oreilles en se basant sur le son du moteur. Le bruit d’une Formule 1 est plus aigu lorsque s’approche, et plus grave lorsqu’elle s’éloigne. C’est parce qu’en s’éloignant de l’observateur, les ondes nous paraissent “étirées” ; et puisque la fréquence du son dépend directement de sa fréquence, cela se traduit par un bruit plus grave.

Même si cet effet Doppler n’est techniquement pas à l’origine du redshift utilisé en cosmologie, son interprétation repose sur une approche similaire. La différence, c’est qu’au lieu d’exploiter le son, les astronomes font la même chose avec un autre type d’onde, cette fois électromagnétique : la lumière.

Nous savons que grâce aux travaux d’Edwin Hubble et de Georges Lemaître que l’Univers est en expansion permanente. Cela implique que les autres corps célestes s’éloignent de nous. Or, lorsque le rayonnement qui émane des étoiles voyage à travers l’univers sur de très longues distances, sa longueur d’onde s’en trouve altérée. Un peu comme le son d’une sirène qui devient plus grave, cela se traduit par un décalage vers le rouge dans le spectre lumineux qui nous parvient.

En déterminant la valeur de ce redshift, on peut donc tirer des données sur les mouvements des astres. Et par extension, puisque l’expansion de l’univers s’accélère au fil du temps, il est possible d’en déduire leur âge ; plus la lumière est décalée vers le rouge, plus l’objet dont elle est originaire est ancien.

Un modèle solide mais incomplet

Cette approche est aujourd’hui très utilisée parce qu’elle fonctionne bien et produit des résultats cohérents. Du moins, dans la plupart des cas, car ce modèle comporte des lacunes importantes. Les chercheurs sont toujours perplexes par rapport au cas de certains objets.

Un exemple : selon la méthode du redshift, les plus vieilles galaxies récemment repérées par le James Webb Space Telescope seraient âgées d’environ 13,4 milliards d’années, soit environ 300 millions d’années après le Big Bang — une période qui correspond à l’aube de l’univers connu. En revanche, elles présentent parfois des caractéristiques qui, selon les modèles cosmologiques actuels, n’apparaissent qu’après plusieurs milliards d’années. Une incohérence qui laisse les spécialistes dubitatifs.

Un nouveau modèle hybride pour combler ces lacunes

Une piste qui permettrait d’expliquer ces observations repose sur un concept formulé au siècle dernier. Pour défendre l’idée d’un univers statique, sans expansion, Albert Einstein avait introduit la notion de « lumière fatiguée ». Elle stipule que la lumière peut perdre de l’énergie proportionnellement à la distance parcourue, d’où son nom.

Par la suite, l’illustre astrophysicien suisse Fritz Zwicky s’est emparé de cette hypothèse. Il a proposé que le redshift observé puisse être une conséquence de cette “fatigue” de la lumière, et non pas de l’expansion de l’univers. Mais cette théorie était en apparence incompatible avec de nombreuses observations. Elle a donc finalement été rejetée par la communauté scientifique. Les physiciens ont privilégié l’idée introduite par Hubble.

C’est là qu’intervient l’équipe de Rajendra Gupta, chercheur à l’Université d’Ottawa. Ces chercheurs ont proposé une idée assez audacieuse : selon eux, les deux idées ne seraient pas forcément incompatibles. Un modèle hybride pourrait même permettre d’expliquer ces incohérences. « En permettant aux deux théories de coexister, il devient possible de réinterpréter le redshift comme un phénomène hybride, et pas seulement comme une conséquence de l’expansion de l’univers », explique Gupta.

Pour faire le pont entre ces deux concepts, Gupta s’est appuyé sur un autre concept formulé en 1982 par le physicien nobélisé Paul Dirac. À travers une équation de physique quantique extrêmement importante qui porte aujourd’hui son nom, Dirac a introduit la notion de « constantes de couplage ».

Très sommairement, ces constantes décrivent les interactions entre les forces qui gouvernent le comportement des particules subatomiques. Il en existe pour toutes les forces observées dans l’univers. Mais contrairement à ce que suggère leur nom, ces “constantes” peuvent évoluer au cours du temps.

Un univers âgé de 26,7 milliards d’années ?

Cela nous amène au cœur de la théorie de Gupta. Selon lui, les variations de ces constantes pourraient affecter le comportement de la lumière. Or, c’est sur cette dernière que se basent toutes les estimations de l’âge de l’univers.

Cela aurait une conséquence ô combien importante. Le cas échéant, tous nos calculs à ce sujet seraient faussés ! Et cette différence serait tout sauf négligeable selon le modèle proposé par l’équipe de Gupta. L’Univers pourrait être quasiment deux fois plus vieux qu’on ne le pense aujourd’hui.

« Notre nouveau modèle étire la formation des galaxies de plusieurs milliards d’années, ce qui donnerait un âge de 26,7 milliards d’années à l’univers, et non pas 13,7 milliards comme estimé auparavant », explique-t-il dans un communiqué.

Une pièce potentielle du grand puzzle de l’Univers

Évidemment, il ne s’agit pour l’instant que d’une théorie extrêmement ambitieuse. Il conviendra de la confronter à des observations concrètes pour vérifier si elle est effectivement compatible avec la réalité observable. Mais l’idée est aussi assez séduisante, car elle permettrait d’éliminer de nombreuses zones d’ombre des modèles cosmologiques modernes.

Il conviendra donc de garder un œil sur ces travaux, et sur ceux des autres équipes qui travaillent sur cette thématique. Il ne faudra toutefois pas être trop pressé. En pratique, il faudra forcément des années d’observation pour confirmer ou infirmer ce genre de proposition révolutionnaire.

Quoi qu’il en soit, que ce nouveau modèle soit valide ou pas, dans tous les cas, il s’agit d’une nouvelle opportunité de se repencher sur les limites des théories actuelles. C’est une démarche absolument essentielle pour le futur de la cosmologie, et même de la science en général. Après tout, ce n’est qu’en remettant régulièrement ces acquis en question que l’Humanité pourra, un jour, percer les secrets les mieux gardés de notre monde. Il ne reste qu’à espérer que nous serons toujours là pour en profiter quand les chercheurs parviendront enfin à reconstituer l’immense puzzle de l’Univers !

Le texte de l’étude est disponible ici.

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