Une "erreur" d'Albert Einstein résout peut-être le mystère de l'expansion de l'Univers

instein avait peut-être raison, même quand il pensait se tromper. De nouvelles observations cosmiques, menées par une équipe internationale, viennent conforter une de ses intuitions les plus audacieuses. Si perturbante même que le physicien avait fini par la renier comme la "plus grande erreur" de sa vie. Comme toujours en cosmologie, l'affaire est aussi cruciale que complexe. Il s'agit d'anticiper sur la fin de notre maison commune, l'Univers. Va-t'il s'effondrer sur lui-même sous l'effet de la gravitation qui agrège la matière, en une sorte de Big Bang inversé ? Ou va-t-il se diluer à l'infini, dans un espace de plus en plus sombre et glacial, dont les distances empêcheront les humains d'apercevoir toute autre galaxie que la leur ?

Albert Einstein aurait préféré qu'il demeure statique. Or en 1917, en bouclant sa relativité générale, il s'était rendu compte que la gravité menaçait de conduire au grand écrasement. Il avait alors choisi d'introduire dans ses équations une force répulsive constante qui contrebalancerait exactement l'attraction : la constante cosmologique. Quelques années plus tard, des observations avaient montré que l'Univers ne pouvait demeurer dans ce bel équilibre. Il est en expansion et semble donc moins soumis au risque de contraction sur lui-même.

Albert Einstein considéra donc que sa constante cosmologique était devenue inutile et s'en débarrassa sans ménagement. Elle fut délaissée par la plupart des astrophysiciens jusqu'à ce que de nouvelles observations, en 1998, laissent penser que cette expansion, loin de s'atténuer avec le temps, était en pleine accélération. Une force répulsive prenait le dessus sur l'attraction.

Chez les cosmologistes, la surprise a depuis cédé la place à une surenchère de théories pour expliquer cette accélération. Pour simplifier, deux grandes familles de solutions sont avancées. La majorité se penche sur le contenu de l'Univers, en supposant que quelque chose y joue ce rôle d'accélérateur. Des théories très variées postulent qu'une mystérieuse substance, aux noms multiples — énergie noire ou exotique reviennent le plus souvent — et aux natures extrêmement diverses, exerce cet effet répulsif. D'autres pensent qu'il vaut mieux regarder le contenant de l'Univers, sa géométrie, telle qu'elle a été refondée par Albert Einstein.

Dans ce cas, il suffit de réhabiliter l'intuition reniée par le physicien. L'accélération de l'Univers serait due à une propriété de son espace-temps. Comme la force de gravitation, cette constante exercerait une influence dont on pourrait observer les effets sur la matière mais sans que l'on puisse lui donner une meilleure définition que sa valeur dans les équations.

Les observations, rendues publiques mardi 22 novembre avant leur publication dans la revue Astronomy and Astrophysics, ne donnent pas le nom du gagnant. Elles permettent d'opérer un premier tri entre les différentes hypothèses, d'en éliminer certaines, et de placer sur le dessus de la pile le dossier de la constante cosmologique.

Sur quoi se fondent-elles ? Sur l'observation la plus complète possible des phénomènes astronomiques qui avaient permis de prendre conscience de l'accélération de l'expansion de l'Univers. Ce sont les supernovae, des explosions surpuissantes qui marquent la fin de vie des étoiles géantes.

Certaines de ces supernovae peuvent être considérées comme des points de repère fiables dans l'Univers. Elles éclairent les astronomes de leur luminosité, dont les variations vues de la Terre traduisent directement leur distance. Or, depuis 1998, la plupart sont apparues plus éloignées que l'endroit où les chercheurs s'attendaient à les trouver par leurs calculs de l'expansion cosmique. Ils ont donc estimé que celle-ci s'était accentuée.

Depuis, plus de quarante astrophysiciens, dont une vingtaine de Français du CNRS et du Commissariat à l'énergie atomique, se sont regroupés dans le Supernova Legacy Survey (SNLS) pour recenser ces phénomènes et mesurer leur distance avec la Terre. Les résultats publiés sont ceux de leur première année d'observation et rassemblent 71 supernovae. Ces premières mesures permettent d'affiner la valeur chiffrée de cette force répulsive. Or elles semblent éliminer d'emblée toutes les théories où l'énergie noire aurait pu varier au cours de l'histoire de l'Univers. D'après les calculs, la force répulsive ne s'est pas diluée, l'accélération de l'expansion du cosmos ne faiblit pas.

A ce premier indice en faveur d'une force constante s'ajoute le chiffre lui-même qui s'approche à 10 % près de la valeur prise par la constante cosmologique dans les équations de la relativité générale. D'autres hypothèses, qui ne reposent pas sur la géométrie, ne sont pas pour autant disqualifiées. Par exemple, l'énergie du vide, mystérieuse force postulée par la physique quantique, demeure ainsi compatible avec les résultats du SNLS, même si elle se heurte pour le moment à d'autres obstacles.

Einstein est-il donc en train de gagner en ayant fourni à l'avance une explication à laquelle lui-même ne croyait plus ? Les quatre prochaines années d'observation du SNLS, en calculant les distances d'environ 700 supernovae, permettront sans doute encore d'affiner le tri entre les théories. Mais la réponse définitive ne pourra être donnée un jour que par des moyens d'observation beaucoup plus puissants.

Jérôme Fenoglio 

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