De petites forces magnétiques pourraient résoudre le mystère de la tension de Hubble
Des champs magnétiques d’une taille infinitésimale, apparus peu après le Big Bang, pourraient éclairer l’un des défis les plus persistants de la cosmologie moderne, connu sous le nom de tension de Hubble. Si l’expansion de l’univers ne fait plus de doute pour quiconque, la question reste de la vitesse à laquelle cela se produit, et les scientifiques peinent à s’accorder sur ce point. Un groupe de chercheurs, comprenant Levon Pogosian, Karsten Jedamzik et Tom Abel, a tenté de trouver une explication à cette discordance en s’appuyant sur une idée initialement conçue pour résoudre une toute autre énigme, celle des champs magnétiques primordiaux.
D’après les auteurs, cette étude pourrait également apporter une perspective nouvelle. Ces faibles champs magnétiques, issus des premiers instants du cosmos, permettraient d’envisager une physique à des énergies inaccessibles sur Terre.
Mesures disparates de l’expansion de l’univers
Pour comprendre cette problématique, il convient d’examiner la constante de Hubble, qui permet aux astronomes d’évaluer la vitesse à laquelle l’univers se dilate. Appelée ainsi en l’honneur de l’astronome Edwin Hubble, cette constante peut être calculée via deux méthodes distinctes. La première méthode est indirecte et repose sur les prévisions du modèle cosmologique, calibré sur les variations observées dans la radiation cosmique de fond, le léger éclat résiduel du Big Bang. Des télescopes comme Planck ont donc mesuré ces fluctuations et en déduit un chiffre approchant 67 kilomètres par seconde par mégaparsec.
La deuxième méthode, plus directe, est inspirée des travaux d’Hubble dans les années 1920. Elle consiste à observer à quelle vitesse les galaxies s’éloignent de notre Voie lactée en étudiant la luminosité des supernovas de type Ia, qui sont considérées comme des « chandelles standard » car leur luminosité est constante. En analysant leur éclat, on peut estimer leur distance. Grâce aux télescopes Hubble et James Webb, ces observations fournissent une valeur plus élevée, autour de 73. Bien que l’écart entre ces deux valeurs puisse sembler minime, il revêt une importance significative ; si les deux méthodes sont valides, alors le modèle standard de la cosmologie doit intégrer de nouveaux facteurs.
Le magnétisme des débuts cosmiques
Les champs magnétiques sont omniprésents dans l’univers. Les planètes et les étoiles génèrent leurs propres champs, mais expliquer les champs à plus grande échelle, s’étendant à travers galaxies et amas, s’avère plus complexe. Une théorie déjà explorée depuis des décennies postule que le magnétisme a émergé dans l’univers primitif, bien avant l’apparition des premières étoiles.
En 2011, Jedamzik et Abel avaient noté que ces champs pourraient influencer la recombinaison, un moment clé où les électrons et les protons se sont unis pour former de l’hydrogène neutre, rendant l’univers transparent. La première lumière issue de cet instant est celle que nous observons aujourd’hui comme radiation de fond. En modifiant la dynamique des particules chargées, les champs magnétiques pourraient rendre la matière légèrement désordonnée, facilitant ainsi la création d’hydrogène. Cette anticipation du moment de la transparence peut modifier les dimensions des structures observées dans la radiation de fond, et par conséquent ajuster les estimations de la constante cosmologique. En 2020, Jedamzik et Pogosian avaient déjà démontré cet effet à l’aide d’un modèle simplifié.
Révélations des nouvelles simulations
Dans leur étude récente, les chercheurs ont mené des simulations tridimensionnelles du plasma primitif intégrant des champs magnétiques, suivant de près la formation de l’hydrogène. De cette recherche, ils ont pu estimer à quoi devrait ressembler la radiation de fond en présence de champs primordiaux, en confrontant ces prédictions aux observations réelles. La radiation cosmique est extrêmement sensible à toute variation dans le processus de recombinaison ; un désaccord aurait pu compromettre l’hypothèse. Toutefois, les données actuelles la maintiennent valide.
Diverses combinaisons de données montrent une légère mais significative préférence pour l’existence de champs magnétiques primordiaux, avec des écarts d’environ 1,5 à 3 écarts types. Cela ne constitue pas encore une découverte officielle, mais représente un indice tangible. Les intensités indiquées par les observations, entre 5 et 10 picogauss, se rapprochent également de celles permettant d’expliquer les champs des galaxies et des amas uniquement à partir de ces champs primordiaux.
Si ces résultats sont confirmés, au-delà d’atténuer la tension de Hubble, ces champs ouvriraient une porte sur un cosmos âgé de quelques fractions de seconde, et potentiellement sur le Big Bang lui-même. L’hypothèse a traversé l’épreuve la plus rigoureuse à ce jour et propose des objectifs précis pour les futures observations, qui détermineront si ces minuscules champs, nés à l’aube des temps, détiennent vraiment la clé pour résoudre ce mystère.
Points à retenir
- La constant de Hubble montre des valeurs discordantes, avec deux méthodes de mesure divergentes.
- Les champs magnétiques primordiaux pourraient influencer l’évolution de l’univers dès ses débuts.
- Les nouvelles simulations révèlent un léger indice en faveur de la magnétisation cosmique lors de la recombinaison.
- Les résultats actuels ouvrent la voie à de futures investigations cosmologiques pour approfondir notre compréhension.
Il est fascinant de constater comment des conceptions émergentes dans la cosmologie peuvent transformer notre vision du monde. Ces recherches soulèvent une question essentielle sur notre place dans l’univers et notre compréhension des forces qui nous entourent. Vivre des découvertes qui remettent en question nos perceptions est le cœur même de la science. J’ai hâte de suivre les prochaines avancées sur ce sujet captivant.