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Un univers homogène et isotrope ?

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 Apparemment, l’univers tout entier semble homogène et isotrope aux échelles de l’astronomie. Il donne l’impression d’être partout semblable à lui-même.

Quelle que soit la direction dans laquelle il est observé, il n’y a pas un endroit qui puisse éveiller l’attention plus qu’un autre.

Autrement dit, nous vivons dans un univers terriblement ennuyeux quand on le regarde de loin et dans sa globalité.

En première lecture, les mesures du rayonnement micro-onde de la toile de fond cosmique (le CMB des anglophones) confirment cette homogénéité.

Ce constat expérimental justifie de rechercher des solutions simples aux équations de la gravitation. Elles doivent inclure de nombreuses symétries. Voilà en partie pourquoi les métriques FLRW ont été retenues.

Et pourquoi aussi le scénario affirmant que notre univers est le fruit d’un Big-Bang a été privilégié au détriment d’autres hypothèses (Hoyle).

Bref, nous avons en Occident la croyance de vivre dans un univers né il y a environ quatorze milliards d’années. Depuis, il se serait grosso modo dilaté de façon uniforme.

Les modèles mathématiques contiennent des chapitres entiers sur les espaces homogènes et isotropes ; qu’ils aient trois ou quatre dimensions.

Cette partie-là des mathématiques permet d’aborder les très intéressants sujets des algèbres de Lie et de tenter une classification des types d’univers.

Un essai dont les balbutiements remontent au début du vingtième siècle avec la classification de Bianchi, par exemple.

Fin de l’histoire ; fin de cet article ? Non, car une observation récente [01] effectuée dans la gamme des rayons X a réveillé le monde des astronomes.

Publiée par une équipe internationale incluant la NASA, l’ESA et les Japonais, cette étude porte sur plus de huit cents galaxies. Les mesures de luminosité X ont été minutieusement comparées avec des relevés antérieurs.

La conclusion : deux régions au moins de l’univers ont montré de grands écarts avec les données précédentes. Elles sont soit plus éloignées, soit plus proches que ce que nous pensions ; voir la carte dans [02].

Jeu de lumières

Ces résultats soulèvent divers types de réaction. Leur confirmation dans les années futures, par d’autres observations similaires, risque d’ébranler les convictions nées des mesures du fond cosmique. En particulier, ils interrogent profondément la notion d’homogénéité.

Ils suggèrent que toute proposition de modèle théorique doit impérativement intégrer les différents visages de notre univers.

Plus clairement dit, il ne suffit pas de l’observer avec un seul type de fréquences (les micro-ondes). Un ensemble d’images balayant les diverses fréquences du spectre électromagnétique (EM) doit impérativement être réalisé.

Pour bien comprendre cette affirmation, une expérience simple de physique suffit. Amassez différents types de minéraux. Placez-les dans une salle que vous pouvez éclairer avec des lumières de différentes fréquences en suivant le spectre de l’arc-en-ciel. Puis regardez !

La panoplie des images successives obtenues est impressionnante. Elles rendent modestement compte de l’idée contenue au paragraphe précédent. Tout se passe comme s’il existait un univers par fréquence. Ce qui n’est évidemment pas le cas puisque que ces diverses lumières révèlent un seul et même univers : le nôtre.

C’est un constat déjà ancien ; en 1982, il avait d’ailleurs inspiré et justifié le sujet de ma thèse en biophysique [03].

Depuis Johannes Képler (1571 – 1630), la grande majorité des lois physiques ont été forgées (ou/et le sont encore) sur la base d’observations limitées à la seule partie visible (par les yeux) du spectre EM.

C’est peut-être l’origine des difficultés auxquelles les astrophysiciens doivent faire face aujourd’hui.

La communauté scientifique a bien compris cet aspect-là des recherches. En effet, depuis quelques années des satellites artificiels sont lancés en orbite autour de la Terre. Ils scrutent l’univers dans différentes gammes de fréquences (de l’I.R à l’U.V.).

Ces nouvelles observations représentent pour la science actuelle ce que les observations de Tycho Brahe représentaient autrefois pour Képler : une manne de données. Et ces données offrent l’opportunité de mieux formuler notre cosmologie.

© Thierry PERIAT, 26 novembre 2023.

[01] [www.scientificamerican.com/article/do-we-live-in-a-lopsided-universe1].

[02] www.esa.int

[03] T. PERIAT : Panorama des méthodes de visualisation des tissus vivants (aspects biophysique) ; thèse n° 42.55.82 pour le diplôme de docteur de 2ème cycle en chirurgie dentaire, présentée le 9 juillet 1982, Académie de Paris, Université René Descartes (Paris V), Faculté de chirurgie dentaire. Imprimeur : Photo Dupli Services, 10 Galerie des damiers, La Défense 1 Courbevoie 775 26 32.