Mardi 18 octobre 2011 2 18 /10 /Oct /2011 13:21

L’expansion accélérée de l’univers a été découverte au moyen des supernovae SN Ia, lesquelles servent aussi à étudier la nature de l’énergie noire causant cette expansion. De nouvelles observations apportent de l’eau au moulin de ceux qui pensent que les SN Ia sont en réalité des collisions de deux naines blanches et pas l’explosion d’une seule.

Le prix Nobel de physique 2001 récompense la découverte de l’expansion accélérée de l’univers. Elle s’est faite initialement en utilisant des supernovae bien particulières, les SN Ia. On avait des raisons de penser que ces explosions d’étoiles se font toujours en libérant une quantité d’énergie à peu prés constante. Elles peuvent donc servir, au moins approximativement, de chandelle standard, c'est-à-dire d'étalons lumineux pour mesurer des distances à l’échelle cosmologique.

En effet, si la luminosité intrinsèque d’une telle supernova varie peu d’une explosion d’étoile du même type à une autre, elle apparaîtra d’autant moins lumineuse qu’elle est loin de notre propre galaxie. Comme une supernova est plus lumineuse que des milliards d’étoiles, on peut la voir à des milliards d’années-lumière. Comme Lemaître a été le premier à le prédire et Hubble à le mesurer, l’expansion de l’univers doit s’accompagner d’un décalage spectral vers le rouge pour la lumière des étoiles des galaxies et en particulier des supernovae.

Le retour de la constante cosmologique d'Einstein

Or, en dressant un diagramme montrant la luminosité apparente des SN Ia en fonction de leur décalage spectral vers le rouge, il est possible d’étudier les caractéristiques de l’expansion de l’univers observable. Comme celle-ci dépend du modèle cosmologique relativiste décrivant le cosmos, en particulier de son contenu en matière et énergie, on pouvait préciser la nature de l’univers dans lequel nous vivons.

C’est justement qu’ont fait les lauréats du prix Nobel de physique de cette année. Leurs mesures indiquaient clairement en 1998 qu’il fallait réintroduire la fameuse constante cosmologique qu’Einstein avait postulée en 1917 quand il avait été le premier à construire un modèle cosmologique avec ses équations de la relativité générale.


Albert Einstein est ici en visite au Mont Wilson, là-même où Hubble a découvert l'expansion de l'univers. © Lawrence Berkeley National Laboratory

Mais que sont les SN Ia et pourquoi pouvait-on les considérer comme de bons indicateurs de distances à défaut d’être vraiment des chandelles standards ?

Les spectres mesurés montraient clairement qu’il ne pouvait pas s’agir d’explosions d’étoiles composées principalement d’hydrogène et d’hélium mais qu’il fallait faire intervenir des naines blanches riches en carbone et oxygène. Pour expliquer leur explosion, le modèle le plus simple reposait sur une unique naine blanche de masse inférieure à celle de Chandrasekhar, accrétant de la matière en provenance d’une étoile compagne. Lorsque la masse de Chandrasekhar est atteinte, l’étoile devient instable, des réactions thermonucléaires violentes s’enclenchent qui volatilisent la naine blanche lors de son explosion.

Toutefois, des observations plus fines montraient que parfois, la luminosité d’une SN Ia ne pouvait pas être de l’ordre de celle d’une naine blanche explosant avec une masse de Chandrasekhar. Le modèle qui collait le mieux aux observations était alors celui faisant intervenir des collisions de naines blanches.

Pas de remise en cause de l'expansion accélérée

Un groupe d’astrophysiciens américains, japonais et israéliens vient justement de publier un article sur arxiv dans lequel ils montrent qu’il existe maintenant des raisons supplémentaires de penser que ces collisions sont la règle et non l’exception.

Ils ont pour cela accumulé des observations sur environ 150 SN Ia s’étant produites il y a entre 5 et 10 milliards d’années dans l’univers. Conduite avec les télescopes Subaru et Keck, l’étude des caractéristiques de cette population de SN Ia montre qu’elles s’expliquent mieux si elles sont en majorité le résultat de collisions de naines blanches. L’étude montre également que les SN Ia étaient cinq fois plus fréquentes pendant cette période de l’histoire de l’univers que pendant ces derniers milliards d’années. Très probablement parce que le taux de formation des étoiles était plus élevé.

Si les astrophysiciens ont raison, cela ne remet cependant pas en cause la découverte de l’expansion accélérée de l’univers mais les conclusions que l’on tire de sa mesure devront probablement être revues, en particulier sur la nature de l’énergie noire causant cette expansion. Il se pourrait d’ailleurs que la seule façon d’y voir clair soit de pouvoir la mesurer en laboratoire, comme le propose le prix Nobel de physique Martin Perl.


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