How old is the universe exactly? A new theory suggests that it's been around for twice as long as believed
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Quel âge a l’univers exactement ? Une nouvelle théorie suggère qu'il existe depuis deux fois plus longtemps qu'on le croit
par Rajendra Gupta, La conversation
La galaxie NGC 6822, voisine de la Voie lactée, est étudiée pour en savoir plus sur les étoiles et la poussière du premier univers. Crédit : NASA/Télescope spatial James Webb
Les premières observations de l'univers réalisées par le télescope spatial James Webb (JWST) ne peuvent pas être expliquées par les modèles cosmologiques actuels. Ces modèles estiment l’âge de l’univers à 13,8 milliards d’années, sur la base du concept d’univers en expansion du big-bang.
Mes recherches proposent un modèle qui détermine l’âge de l’univers à 26,7 milliards d’années, ce qui explique les observations des « premières galaxies impossibles » du JWST.
Les premières galaxies impossibles font référence au fait que certaines galaxies datant de l’aube cosmique – 500 à 800 millions d’années après le big bang – possèdent des disques et des renflements similaires à ceux qui ont traversé une longue période d’évolution. Et les galaxies de plus petite taille sont apparemment plus massives que les plus grandes, ce qui est tout à fait le contraire de ce que l’on espérait.
Fréquence et distance
Cette estimation de l'âge est dérivée du taux d'expansion de l'univers en mesurant le redshift des raies spectrales dans la lumière émise par les galaxies lointaines. Une explication antérieure du redshift reposait sur l’hypothèse selon laquelle la lumière perd de l’énergie à mesure qu’elle parcourt des distances cosmiques. Cette explication de « lumière fatiguée » a été rejetée car elle ne pouvait pas expliquer de nombreuses observations.
Le redshift de la lumière est similaire à l'effet Doppler sur le son : les bruits semblent avoir une fréquence (hauteur) plus élevée à l'approche et plus faible lorsqu'ils s'éloignent. Redshift, une fréquence lumineuse inférieure, indique quand un objet reçoit de nous ; plus la distance entre les galaxies est grande, plus la vitesse de récession et le redshift sont élevés.
Une autre explication du redshift était due à l'effet Doppler : les galaxies lointaines s'éloignent de nous à des vitesses proportionnelles à leur distance, ce qui indique que l'univers est en expansion. Le modèle de l'univers en expansion est devenu préféré par la plupart des astronomes après que deux astronomes travaillant pour les Bell Labs, Arno Penzias et Robert Wilson, ont accidentellement découvert le rayonnement du fond cosmique micro-onde (CMB) en 1964, que le modèle en régime permanent ne pouvait pas expliquer de manière satisfaisante.
Le taux d'expansion détermine essentiellement l'âge de l'univers. Jusqu'au lancement du télescope spatial Hubble dans les années 1990, l'incertitude quant au taux d'expansion estimait l'âge de l'univers entre sept et 20 milliards d'années. D'autres observations ont conduit à la valeur actuellement admise de 13,8 milliards d'années, plaçant le modèle du big-bang
mites des modèles précédents
Une recherche publiée l’année dernière proposait de résoudre l’impossible problème des premières galaxies en utilisant le modèle de la lumière fatiguée. Cependant, la lumière fatiguée ne peut pas expliquer de manière satisfaisante d’autres observations cosmologiques telles que les redshifts des supernovae et l’uniformité du fond diffus cosmologique.
J'ai tenté de combiner le modèle standard du big-bang avec le modèle de lumière fatiguée pour voir comment il s'adaptait aux données de supernovae et aux données JWST, mais il ne s'adaptait pas bien à ces dernières. Cela a cependant augmenté l'âge de l'univers à 19,3 milliards d'années.
Ensuite, j'ai essayé de créer un modèle hybride comprenant la lumière fatiguée et un modèle cosmologique que j'avais développé sur la base des constantes de couplage évolutives proposées par le physicien britannique Paul Dirac en 1937. Cela correspondait bien aux données, mais doublait presque l'âge de l'univers.
Le nouveau modèle étend le temps de formation des galaxies de 10 à 20 fois par rapport au modèle standard, ce qui donne suffisamment de temps pour la formation de premières galaxies « impossibles » bien évoluées, comme observé.
Comme pour tout modèle, il devra fournir une explication satisfaisante de toutes les observations satisfaites par le modèle cosmologique standard.
Modèles de mixage
L’approche consistant à mélanger deux modèles pour expliquer de nouvelles observations n’est pas nouvelle. Isaac Newton considérait que la lumière se propage sous forme de particules dans sa théorie de la lumière, qui a prévalu jusqu'à ce qu'elle soit remplacée par la théorie ondulatoire de la lumière au XIXe siècle pour expliquer les schémas de diffraction observés avec la lumière monochromatique.
Une galaxie estimée à seulement 500 millions d’années, ce qui en fait l’une des plus jeunes galaxies observées. Crédit : Télescope spatial Hubble NASA/ESA
Albert Einstein a ressuscité la nature particulaire de la lumière pour expliquer l'effet photoélectrique, c'est-à-dire que la lumière a deux caractéristiques : semblable à une particule dans certaines observations et semblable à une onde dans d'autres. Il est depuis devenu bien établi que toutes les particules possèdent de telles caractéristiques doubles.
Une autre façon de mesurer l’âge de l’univers consiste à estimer l’âge des étoiles des amas globulaires de notre propre galaxie, la Voie Lactée. Les amas globulaires comprennent jusqu'à un million d'étoiles, qui semblent toutes s'être formées en même temps dans l'univers primitif.
En supposant que toutes les galaxies et amas aient commencé à se former simultanément, l’âge de la plus ancienne étoile de l’amas devrait fournir l’âge de l’univers (moins l’époque à laquelle les galaxies ont commencé à se former). Pour certaines étoiles comme Mathusalem, considérée comme la plus ancienne de la galaxie, la modélisation astrophysique donne un âge supérieur à l'âge de l'univers déterminé à l'aide du modèle standard, ce qui est impossible.
Einstein croyait que l’univers était le même observé depuis n’importe quel point et à tout moment : homogène, isotrope et intemporel. Pour expliquer le redshift observé des galaxies lointaines dans un tel univers en état d'équilibre, qui semblait augmenter proportionnellement à leur distance (loi de Hubble), l'astronome suisse Fritz Zwicky a proposé la théorie de la lumière fatiguée en 1929.
Nouvelle information
Si certaines observations du télescope spatial Hubble ont effectivement pointé vers l’impossible problème des premières galaxies, il a fallu attendre le lancement du JWST en décembre 2021 et les données qu’il a fournies depuis la mi-2022 pour que ce problème soit fermement établi.
Pour défendre le modèle standard du big-bang, les astronomes ont tenté de résoudre le problème en compressant le calendrier de formation des étoiles massives et des trous noirs primordiaux augmentant la masse à des taux anormalement élevés.
Cependant, un consensus se développe en faveur d’une nouvelle physique pour expliquer ces observations JWST.
Fourni par La conversation
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l'article original.
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COMMENTAIRES
Comment expliquer aux lecteurs qu en realite aucune methode de peut donner l age de l apparition de l univers ???
La methode a partir du fond fossile ne permer que de remonter a l apparition e la lumiere et la methofe a partir du tau d expansion ne decrit qu imparfaitement les variations possibles de ce dernier
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