Univers : et si sa forme n'était pas du tout celle qu'on croyait ?
La cosmologie contemporaine s'appuie sur un socle formulé à partir de la relativité générale : à grande échelle, l'univers serait isotrope, c'est-à-dire identique dans toutes les directions, et homogène. Cette description porte le nom de métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, et le modèle standard qui s'y adosse est désigné par l'appellation Lambda-CDM. Une synthèse parue en 2025 dans Reviews of Modern Physics soutient que cette hypothèse ne résiste pas à l'examen.
Un principe rarement mis à l'épreuve
Le caractère isotrope de l'univers relève de ce que les cosmologistes appellent le principe cosmologique. Il s'agit d'un postulat de départ, non d'un résultat de mesure.
L'outil de vérification le plus utilisé est le fond diffus cosmologique, ce rayonnement électromagnétique résiduel émis environ 380 000 ans après le Big Bang, qui baigne l'univers entier.
Futura fête ses 25 ans cet été. Chaque journaliste de la rédaction partage les photos qui les ont plus marqué et pourquoi elles sont importantes.On le sait, regarder de plus en plus loin dans l'Univers revient à regarder de plus en plus tôt dans son histoire. La limite maximale, au moins en utilisant des grains de lumière, a été atteinte depuis quelques décennies avec l'image du fameux fond diffus cosmologique, le rayonnement fossile du Big Bang.... Lire la suite
Ce fond n'est pas parfaitement uniforme. On y observe une légère différence de température entre deux directions opposées du ciel, ce qu'on appelle un dipôle. L'écart reste minime, de l'ordre du millième, et l'interprétation admise l'attribue à notre propre mouvement : le Système solaire se déplacerait à environ 370 kilomètres par seconde par rapport à ce rayonnement, ce qui produirait un effet comparable à un décalage Doppler.
Le test imaginé en 1984
C'est précisément cette interprétation que George Ellis et John Baldwin ont proposé de vérifier, dans un article publié en 1984. Leur raisonnement est élégant. Si notre mouvement explique bien le dipôle du fond diffus, alors ce même mouvement doit produire un dipôle équivalent dans le comptage des sources astronomiques lointaines, galaxies radio ou quasars. Une population répartie de façon homogène doit paraître légèrement plus dense dans la direction du déplacement.
Il suffit donc de comparer les deux dipôles. S'ils concordent, le principe cosmologique tient. S'ils divergent, quelque chose cloche dans l'édifice. Ce test est resté longtemps inapplicable, faute de catalogues suffisamment vastes. Les grands relevés de sources radio puis infrarouges du XIXe siècle l'ont rendu possible.
Deux anomalies viennent questionner notre représentation de l’Univers et, avec elle, certaines des hypothèses fondamentales de la cosmologie. © titoOnz, iStock
Un écart d'un facteur deux à trois
Les résultats accumulés depuis convergent, et ils sont inconfortables. La direction du dipôle mesuré dans la matière correspond bien à celle du fond diffus. Son amplitude, en revanche, se révèle deux à trois fois supérieure à celle attendue.
La significativité statistique de cet écart dépasse aujourd'hui cinq sigmas, seuil conventionnellement retenu en physique pour parler d'une découverte plutôt que d'une fluctuation.
Une anomalie cosmique suggère qu'il faut revoir la forme de notre Univers !
Ces dernières années, le prix Nobel de physique et architecte du Modèle cosmologique standard James Peebles avait rassemblé dans un article plusieurs anomalies et énigmes que pose ce modèle. L'une d'elles est bien connue, c'est celle de la tension de Hubble. Mais si l'anomalie du dipôle cosmique a reçu beaucoup moins d'attention, elle est peut-être encore plus fondamentale pour notre compréhension du cosmos. Alors, de quoi s'agit-il ?... Lire la suite
Un élément renforce la solidité du constat. Le même résultat s'obtient avec des radiotélescopes terrestres et avec des satellites observant dans l'infrarouge moyen, deux dispositifs dont les sources d'erreur potentielles n'ont rien de commun.
Subir Sarkar, coauteur de cette synthèse, résume la situation : l'univers échoue au test d'Ellis et Baldwin, la variation observée dans la matière ne correspondant pas à celle du fond diffus.
Pourquoi ce résultat dérange
L'anomalie du dipôle cosmique a reçu bien moins d'attention qu'une autre difficulté du modèle standard, la tension de Hubble, qui désigne le désaccord entre la vitesse d'expansion mesurée dans notre voisinage et celle déduite du fond diffus cosmologique.
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Cette discrétion s'explique peut-être par l'absence de solution simple. Corriger la tension de Hubble supposerait d'ajuster certains paramètres du modèle. Résoudre l'anomalie du dipôle impliquerait, selon les auteurs, d'abandonner non seulement le modèle Lambda-CDM mais la description de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker elle-même, et de repartir des fondations.
Sarkar constate d'ailleurs que la communauté astronomique a largement choisi d'ignorer ce problème.
Ce que le résultat ne démontre pas encore
La conclusion d'un univers asymétrique ne fait pas consensus, et plusieurs lectures alternatives restent ouvertes. L'écart pourrait provenir d'effets systématiques mal maîtrisés dans les catalogues de sources, question qui a occupé une part importante des travaux publiés sur le sujet. Il pourrait aussi refléter des structures locales, la distribution des galaxies proches produisant un signal parasite qui se superpose au dipôle cinématique recherché.
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Une troisième possibilité tient à l'interprétation même du dipôle du fond diffus, qui pourrait ne pas être entièrement attribuable à notre mouvement. Les prochains relevés, notamment ceux attendus des grands observatoires radio en construction, devraient permettre de trancher. En l'état, l'anomalie constitue un défi sérieux adressé au modèle standard, sans que sa cause soit établie.
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