Distorted sound of the early universe suggests we are living in a giant void
28 juillet 2025
Le GIST
Le son déformé de l'univers primordial suggère que nous vivons dans un vide immense
Par Indranil Banik, The Conversation
Édité par Lisa Lock, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction
Les oscillations acoustiques baryoniques représentent le son du Big Bang. Crédit : Gabriela Secara, Institut Périmètre, CC BY-SA
En observant le ciel nocturne, on pourrait croire que notre environnement cosmique regorge de planètes, d'étoiles et de galaxies. Pourtant, les scientifiques suggèrent depuis longtemps qu'il pourrait y avoir beaucoup moins de galaxies dans notre environnement cosmique que prévu.
En réalité, il semblerait que nous vivions dans un vide cosmique géant dont la densité de matière est environ 20 % inférieure à la moyenne.
Tous les physiciens n'en sont pas convaincus. Mais notre récent article analysant les sons déformés de l'univers primordial, publié dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, étaye fortement cette hypothèse.
La cosmologie traverse actuellement une crise connue sous le nom de tension de Hubble : l'univers local semble s'étendre environ 10 % plus vite que prévu. Cette prévision résulte de l'extrapolation des observations de l'univers naissant jusqu'à nos jours, à l'aide du modèle standard de la cosmologie, appelé Lambda-Cold Dark Matter (ΛCDM).
Nous pouvons observer l'univers primordial avec une grande précision grâce au fond diffus cosmologique (FDC), un rayonnement résiduel de l'univers primitif, alors 1 100 fois plus petit qu'aujourd'hui. Les ondes sonores de l'univers primitif ont finalement créé des zones de densités et de températures élevées.
L'étude des fluctuations de température du FDC à différentes échelles nous permet d'« écouter » le son de l'univers primitif, particulièrement « bruyant » à certaines échelles.
Ces fluctuations sont désormais imprimées dans le FDC et appelées « oscillations acoustiques baryoniques » (OAB). Étant donné qu'elles sont à l'origine des galaxies et d'autres structures, ces schémas sont également visibles dans la distribution des galaxies.
En mesurant ces motifs, nous pouvons comprendre comment les galaxies se regroupent à différents décalages vers le rouge (distances). Un motif particulièrement frappant, caractérisé par de nombreux regroupements, apparaît à un angle appelé « échelle angulaire BAO ».
Cette mesure aide les astronomes et les cosmologistes à comprendre l'histoire de l'expansion de l'univers en fournissant ce que les physiciens appellent une « règle standard ». Il s'agit essentiellement d'un objet astronomique ou d'une structure céleste de taille connue.
Illustration montrant qu'un nombre légèrement plus élevé de galaxies se sont formées le long des ondulations des ondes sonores primordiales (en bleu) qu'ailleurs. Les anneaux de galaxies se sont ensuite étirés avec l'expansion de l'univers. D'autres galaxies sont grisées sur cette image pour mieux visualiser cet effet. Crédit : NASA
En mesurant sa taille angulaire dans le ciel, les cosmologistes peuvent donc calculer sa distance à la Terre grâce à la trigonométrie. Le décalage vers le rouge permet également de déterminer la vitesse d'expansion du cosmos. Plus une galaxie apparaît grande dans le ciel à un certain décalage vers le rouge, plus l'expansion de l'univers est rapide.
Mes collègues et moi avons précédemment avancé que la tension de Hubble pourrait être due à notre localisation dans un grand vide. En effet, la faible quantité de matière présente dans le vide serait attirée gravitationnellement par la matière plus dense qui l'entoure, s'écoulant continuellement hors du vide.
Des recherches antérieures ont montré que ce flux donnerait l'impression que l'univers local s'étend environ 10 % plus vite que prévu. Cela résoudrait le problème de la tension de Hubble.
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Mais nous voulions davantage de preuves. Or, nous savons qu'un vide local fausserait légèrement la relation entre l'échelle angulaire BAO et le décalage vers le rouge, en raison de la matière se déplaçant plus rapidement dans le vide et de son effet gravitationnel sur la lumière extérieure.
Dans notre nouvel article, Vasileios Kalaitzidis et moi-même avons testé les prédictions du modèle de vide à l'aide de mesures BAO collectées au cours des 20 dernières années. Nous avons comparé nos résultats à ceux de modèles sans vide, avec la même histoire d'expansion de fond.
Dans le modèle de vide, la règle BAO devrait paraître plus grande dans le ciel à tout décalage vers le rouge donné. Et cet excès devrait devenir encore plus important à faible décalage vers le rouge (distance proche), conformément à la tension de Hubble.
Les observations confirment cette prédiction. Nos résultats suggèrent qu'un univers avec un vide local est environ cent millions de fois plus probable qu'un cosmos sans vide, en utilisant les mesures BAO et en supposant que l'univers s'est étendu conformément au modèle standard de cosmologie informé par le CMB.
Nos recherches montrent que le modèle ΛCDM sans vide local présente une « tension de 3,8 sigma » avec les observations BAO. Cela signifie que la probabilité qu'un univers sans vide corresponde à ces données équivaut à une pièce de monnaie tombant face 13 fois de suite. En revanche, la probabilité que les données BAO ressemblent à celles des modèles de vide est équivalente à une pièce de monnaie tombant face seulement deux fois de suite. En bref, ces modèles correspondent plutôt bien aux données.
À l'avenir, il sera crucial d'obtenir des mesures BAO plus précises à faible décalage vers le rouge, où la règle standard BAO apparaît plus grande dans le ciel, et ce d'autant plus si nous sommes dans le vide.
Le taux d'expansion moyen jusqu'à présent découle directement de l'âge de l'univers, que nous pouvons estimer à partir de l'âge des vieilles étoiles de la Voie lactée. Un vide local n'affecterait pas l'âge de l'univers, mais certaines propositions l'affectent. Ces sondes, ainsi que d'autres, apporteront un éclairage supplémentaire sur la crise de Hubble en cosmologie.
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Le son déformé de l'univers primitif suggère que nous vivons dans un vide immense.
En observant le ciel nocturne, on pourrait croire que notre environnement cosmique regorge de planètes, d'étoiles et de galaxies. Mais les scientifiques suggèrent depuis longtemps qu'il pourrait y avoir beaucoup moins de galaxies dans notre environnement cosmique que prévu.
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COMMENTAIRES
Je reviendrai diùmanche sur cet articme ....
Que prédisent les astronomes pour notre univers dans des milliards d'années ?
La théorie dominante est que l'univers se refroidira à mesure qu'il s'étendra, devenant finalement trop froid pour abriter la vie. C'est pourquoi ce scénario futur, communément appelé « mort thermique », est aussi connu sous le nom de « grand froid » ou « grand gel ». Parmi les autres théories populaires, on trouve le « grand déchirement », le « grand craquement » et le « grand rebond ».
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More information: Indranil Banik et al, Testing the local void hypothesis using baryon acoustic oscillation measurements over the last 20 yr, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf781
Journal information: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Provided by The Conversation
This article is republished from The Conversation under a C
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