L'univers est une mer apparemment sans fin remplie d'étoiles, de galaxies et de nébuleuses. On y voit des motifs et des constellations qui ont inspiré des histoires à travers l'histoire. Mais il y a un modèle cosmique que nous ne comprenons toujours pas. Une question qui reste sans réponse: quelle est la forme de l'univers? Nous pensions que nous savions, mais de nouvelles recherches suggèrent le contraire, et cela pourrait indiquer une crise de la cosmologie.
De nombreux premiers astronomes considéraient que l'univers était une sphère d'étoiles, enfermant le système solaire et centrée sur une Terre fixe et immobile. Mais au fil des siècles, les astronomes ont découvert que notre Soleil n'était qu'un des milliards dans une galaxie, et il y avait d'innombrables galaxies dispersées sur des milliards d'années-lumière de l'espace. La question de la forme de la création semblait un point discutable. Les étoiles et les galaxies existaient dans un espace vide. Ce qui pourrait n'être qu'un espace vierge: plat, euclidien et dépourvu de structure.
Puis au début des années 1900, Albert Einstein a développé sa théorie de la relativité générale. Dans ce document, l'espace n'était pas une toile vierge. Il pourrait se plier et s'étirer, se tordre et se déformer, en fonction de la position et du mouvement de la masse dans l'univers. Ces déformations spatiales ont dévié la lumière et la matière, provoquant l'effet que nous appelons la gravité. Avec la relativité, l'espace pourrait prendre différentes formes. Il était alors possible que l'univers ait une forme cosmique globale, tout comme la Terre est, dans l'ensemble, ronde.
Très largement, la relativité générale permettrait à l'univers d'avoir l'une des trois formes: plate, fermée ou ouverte.
L'appartement est la façon dont nous pensons à l'espace dans notre vie quotidienne. C'est l'espace euclidien que nous apprenons à l'école. L'espace plat s'étend uniformément dans toutes les directions et deux faisceaux de lumière parallèles resteront toujours parallèles.
L'espace ouvert peut être imaginé en forme de selle. Il se plie de telle sorte qu'il diverge lorsque vous vous étendez vers l'extérieur. Deux faisceaux de lumière initialement parallèles se disperseraient progressivement, s'éloignant légèrement l'un de l'autre lorsqu'ils traversent le cosmos.
L'espace fermé est généralement sphérique. Il converge à mesure qu'il s'étend, de sorte que des faisceaux de lumière parallèles finiraient par se rencontrer et se croiser, comme des lignes de longitude sur la Terre.
Il convient de mentionner qu'aucun de ces éléments ne doit tenir compte du fait que l'univers dans son ensemble est en expansion. L'expansion cosmique signifie que les points dans l'espace se dispersent au fil du temps. La forme de l'univers traite de la forme de l'espace. Un ballon sphérique peut se dilater lorsqu'il est gonflé, tout comme une feuille de caoutchouc plate peut être étirée et rester plate. Notre univers en expansion pourrait donc être plat, ouvert ou fermé.
Puisque la courbure de l'espace est affectée par la présence de masse, la forme globale de l'univers dépend de la densité moyenne de matière en son sein. En relativité générale, cette valeur est donnée par le paramètre de densité, qui est le rapport de la densité observée à la «densité critique» nécessaire pour que l'univers soit plat. Si le paramètre de densité est 1, alors l'univers est plat. S'il est supérieur à 1, il est fermé et il est ouvert si le paramètre de densité est inférieur à 1. Les mesures de la densité cosmique ont toujours donné une valeur de 1. Aux limites de l'observation, l'univers est plat, comme nous l'avons longtemps soupçonné .
Mais il existe une autre façon de mesurer la forme du cosmos, et c'est de regarder la taille apparente d'objets très éloignés. Tout revient au comportement des faisceaux de lumière parallèles. Dans un univers plat, les lignes parallèles restent parallèles, de sorte que la lumière provenant des deux côtés d'une galaxie éloignée nous parvient en ligne droite. Leurs angles les uns par rapport aux autres restent les mêmes, et donc la galaxie apparaît comme sa vraie taille.
Si l'univers est ouvert, les lignes parallèles divergent avec la distance. Ainsi, la lumière de notre galaxie éloignée devient plus parallèle lorsqu'elle nous atteint. Cela signifie que la galaxie semblerait plus petite qu'elle ne l'est. Si l'univers est fermé, la flexion opposée de la lumière se produit et la galaxie semblerait plus grande qu'elle ne l'est.
Dans un nouvel article publié dans La nature, une équipe n'a pas examiné les galaxies, mais plutôt les fluctuations au sein du fond cosmique des micro-ondes (CMB). le CMB est la lumière restante du big bang, et c'est la lumière la plus éloignée que nous pouvons voir dans l'univers. Pour cette raison, c'est la lumière la plus affectée par la forme de l'univers. L'ampleur des fluctuations de la CMB est déterminé par la quantité de matière noire et d'énergie noire dans l'univers, que nous connaissons, donc nous savons à quel point les fluctuations devraient apparaître. Lorsque l'équipe a analysé la CMB données du vaisseau spatial Plank, ils ont découvert que les fluctuations étaient plus importantes que prévu. Cela signifie qu'à une certitude de 99%, l'univers est fermé et non plat.
Cette nouvelle recherche contredit de nombreuses études antérieures montrant que l'univers est plat. Il peut y avoir une erreur systématique dans les données de Planck qui donne à l'univers une apparence incurvée, mais si la recherche est exacte, elle indique une lacune dans notre compréhension. Pour l'instant, la forme de l'univers n'est pas claire.
La source: Preuves de Planck pour un univers fermé et une crise possible pour la cosmologie, par Di Valentino, E., et al.
