30 modèles de l’univers démentis par les données finales d’un télescope cosmologique révolutionnaire

Après une mission de plusieurs décennies visant à comprendre la nature de l’univers, un télescope perché sur les plateaux montagneux du nord du Chili a fait ses adieux en 2022. Aujourd’hui, ses données finales révèlent l’héritage du télescope : un domaine en tension.

En octobre 2007, le télescope cosmologique d’Atacama (ACT) a vu sa première lumière. Mais ce n’était pas la lumière d’une étoile, ni même d’une galaxie lointaine. Au lieu de cela, ACT a été conçu pour rechercher les micro-ondes, en particulier le type de micro-ondes laissés par certaines des premières époques de l’univers. Cette lumière « fossile », connue sous le nom de fond cosmique de micro-ondes (CMB), a été émis alors que l’univers n’avait que 380 000 ans.

Le CMB offre aux cosmologistes un regard intact sur le cosmos naissant. ACT a été conçu pour compléter d’autres enquêtes, comme le satellite Planck de l’Agence spatiale européenne. La mission Planck a lancé un vaisseau spatial en orbite pour fournir un recensement du CMB dans tout le ciel. Mais sa résolution était limitée, en particulier dans les études sur la polarisation du CMB (la direction dans laquelle se dirigent les oscillations du champ magnétique et électrique du CMB lorsque la lumière se déplace). En revanche, même si ACT est basé au sol, il pourrait rechercher plus profondément dans des poches plus petites du ciel CMB à une très haute résolution.

ACT a été particulièrement efficace pour étudier la polarisation du CMB, ce qui nous en dit long sur l’état du premier univers. Si vous modifiez le montant de matière noire dans le cosmos, comment il est distribué, combien neutrinos il y a, ou n’importe quelle autre douzaine de propriétés du cosmos, vous changez l’apparence de la lumière du CMB.

ACTE final

En novembre, l’équipe ACT a sorti son sixième et dernier ensemble de données public comme trois articles publié dans le Journal de Cosmologie et Physique des Astroparticules. Alors que les cosmologistes continueront à exploiter les données pendant de nombreuses années, l’équipe principale a également fourni sa dernière série d’analyses et d’études avant de dire adieu pour de bon.

Leurs conclusions correspondent à ce que des enquêtes comme celle de Planck avaient déjà identifié : quelque chose de drôle se passe avec l’expansion de l’univers. Les mesures du taux d’expansion actuel, connu sous le nom de taux de Hubble ou constante de Hubble, prises avec des sondes des premiers univers comme Planck et ACT, révèlent un nombre qui est un peu plus lent que les estimations basées sur des mesures proches, comme l’atténuation des supernovas.

Cet écart est désormais connu sous le nom de Tension de Hubbleet c’est peut-être le plus grand mystère non résolu de la cosmologie moderne. Mais ACT n’a pas seulement confirmé l’existence de la tension ; cela a également détruit de très bonnes idées.

ACT axe 30 modèles cosmiques

Les cosmologues se sont efforcés de concocter de nombreuses explications théoriques à la tension de Hubble. Beaucoup d’entre eux sont appelés modèles cosmologiques « étendus », car ils reprennent l’image cosmologique standard et ajoutent quelques ingrédients ou forces supplémentaires à l’univers.

Mais ces ingrédients et ces forces n’existent pas seulement aujourd’hui ; ils doivent également avoir existé lorsque le CMB a été émis pour la première fois. Ainsi, la vue exquise du CMB offerte par ACT a permis à l’équipe de tester bon nombre de ces modèles – une trentaine en fait –.

Tous ont échoué.

Mais en science, on ne perd que si on n’apprend rien, et les résultats négatifs de l’ACT aident les cosmologistes dans leurs recherches. En d’autres termes, vous ne pouvez connaître la bonne réponse qu’une fois que vous avez barré toutes les mauvaises réponses.