Quelques rêveries cosmiques cosmoquant-fr

La-constante-de-Hubble

Les origines de la constante de Hubble.

Les observations d’Edwin Hubble (20.11.1889 - 28.09.1953) ont permis de confirmer une loi dont l’existence est suggérée par Lemaître en 1927 grâce à une analyse des conséquences de la théorie de gravitation d’A. Einstein.

Cette loi lie la vitesse, v, à laquelle les galaxies externes s’éloignent de la notre et la distance, D, nous en séparant. Son énoncé est d’une simplicité enfantine puisqu’il s’agit d’une relation linéaire :

« Plus une galaxie externe est loin de la Voie Lactée, plus la vitesse apparente d’échappement de cette galaxie est grande. »

v = H. D

H est une constante (bien entendu dite de Hubble). Depuis 2018, cette relation porte le nom de loi de Hubble-Lemaître.

Les découvertes de ce physicien américain et de toutes celles et ceux qui en ont poursuivi les travaux ont des retombées énormes, en particulier sur notre compréhension de la position relative occupée par notre minuscule planète Terre dans l’univers.

La volonté de tester nos théories physiques à l’aune de mesures expérimentales, notamment la théorie de la gravitation mise au point par A. Einstein, a justifié la construction et la mise en orbite le 24 avril 1990 d’un télescope spatial portant le nom de ce découvreur ; voir l’iconographie mise à disposition sur le site de la NASA [https://hubblesite.org]. Son successeur, le JWST, a débuté son travail en décembre 2021.

Comment mesure-t-on les distances ?

  1. Pour des étoiles proches, par des mesures de parallaxe.
  2. De proche en proche et par recoupement des mesures, grâce à un étalonnage rigoureux des distances les plus courtes - plus aisées à vérifier.
  3. Grâce à la mise en évidence d’une relation de dépendance entre la luminosité et la période des étoiles. Ce résultat est dû au travail des « computer ladies » (Les femmes de Pickering), en particulier d’Henrieta Levitt. Il fonde la méthode dite des « chandelles standards (basé sur l’observation des Céphéides) » et il a rendu le travail de Hubble possible. Depuis 1990, les prises de vue du télescope Hubble étendent la portée des observations et repoussent les limites de l’univers observé. La galaxie la plus lointaine, HD1, se situe à environ 13,5 milliards d’année-lumière (1 al vaut environ 9455 milliards km). Comme conséquence indirecte, le catalogue des Céphéides s’en trouve considérablement augmenté.
  4. Pour autant, pour les galaxies lointaines (au-delà de 30 Mpc), les distances doivent être mesurées via l’analyse des spectres des galaxies de type SN-I.

Comment mesure-t-on les vitesses relatives ?

Par le biais de l’effet Doppler-Fizeau (celui dont on prend conscience en entendant un bolide - moto ou voiture de course- venant dans notre direction, passant devant nous puis s’éloignant) bleuit ou rougit les rais émis selon que les galaxies se rapprochent ou s’éloignent de la nôtre. Il donne ainsi de précieuses indications.

La valeur de la constante de Hubble.

La démultiplication croissante des mesures analysées via les méthodes exposées ci-dessus mène à préciser la valeur de la constante de Hubble. En 2019 (Riess et al.) l’usage de ces méthodologies aboutit à la valeur de 74 km/s/Mpc.

Une autre approche pour mesurer la constante de Hubble.

Pour autant, il existe une autre approche fondée sur l’étude du rayonnement cosmique résiduel découvert en 1964. Les mesures effectuées par divers satellites (COBE, WMAP, Planck) convergent vers une valeur différente pour la constante de Hubble : 66,5 km/s/Mpc. 

Une réunion pour confronter les points de vue.

En juillet 2019, une conférence réunit en Californie les diverses équipes et prend acte des divergences sans leur trouver d’explication. Certains conseillent de revoir le modèle cosmologique standard.

Les questions gênantes posées par l’existence de la loi de Hubble.

En plus des controverses entourant la valeur de la constante de Hubble, la loi de Hubble a pour conséquence désagréable l’existence d’une distance limite (environ 4000 Mpc, soit étonnamment 14 milliards d’al, soit un peu plus que celle de la galaxie HD1 !) au-delà de laquelle une galaxie semble s’éloigner de nous à une vitesse plus grande que celle de la lumière :

Loi de Hubble  => D > 14 milliards a.l. => v > c !!! => Problème !!!

Ce calcul trivial soulève plusieurs problématiques :

  • Les expériences de Morley et Michelson et la mise au point conséquente des transformations de Lorentz-Poincaré ont convaincu les scientifiques du fait que la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le vide est une constante universelle dont la valeur (c = 300 000 km/s) ne peut être surpassée par aucun corps matériel ; par conséquent :

« Qu’advient-il des galaxies atteignant cette vitesse ? »

  • En supposant (spéculation) que, contrairement à nos connaissances, les galaxies situées au-delà de cette distance résistent au passage du mur de la lumière et que la loi de Hubble continue de s’appliquer, l’analyse logique de cette improbable éventualité mène à en déduire que la lumière émise par ces galaxies supraluminiques ne peut pas nous atteindre puisque la lumière ne peut pas de mouvoir plus vite qu’elle-même.

« Les galaxies nous deviennent-elles invisibles au-delà de 4000 Mpc ? »

  • L’explication avancée selon laquelle, « ce qui se déplace par rapport à nous » n’est pas la galaxie mais un support géométrique sous-jacent présent partout dans l’univers (l’image pédagogique traditionnelle du ballon couvert de points - représentant chacun une galaxie- et qu’on gonfle.) ne semble pas plus recevable à cause des arguments suivants :
    • Il ne semble pas cohérent avec les connaissances actuelles d’identifier la structure sous-jacente avec un champ diffus d’ondes gravitationnelles puisque celles-ci ne peuvent pas non plus se mouvoir plus vite que la lumière.
    • La nature du substrat sous-jacent et celle de ce qui le dote d’un mouvement sont parfaitement inconnues ; faut-il voir dans cette énigme logique un lien avec l’énergie sombre ?

Faut-il alors, en conclusion, attribuer une existence conceptuelle et une réalité expérimentale propre à la structure géométrique ?

Une réponse affirmative à cette question risque de replonger les communautés scientifiques dans les affres stériles des discussions concernant l’existence d’un éther. Après environ un siècle et demi de réflexions intenses sur le sujet, elles feraient à nouveau face à un mur de questions sans réponse !

Je pense que la vie quotidienne sur Terre et que l’urgence climatique représentent des sujets bien plus pressants à traiter, ne serait-ce que pour avoir le plaisir de réfléchir longtemps encore sur les mystères de l’univers !!!

© Thierry PERIAT.

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Date de dernière mise à jour : 16/11/2022