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Les cosmologies alternatives

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La "porte des étoiles" de la série TV culte Stargate SG-1.

Pourquoi pas ? (I)

Si la théorie du Big Bang explique l’évolution de l’Univers, concédons que c'est au prix de quelques adaptations. Elle doit par exemple tenir compte de quelques hypothèses extraordinaires pour s’accommoder avec la réalité : les trous noirs, l’inflation, la matière sombre, le temps imaginaire, autant de concepts qui défient le modèle Standard. La plupart des astronomes croient en leur réalité et s’en servent comme hypothèses raisonnables de travail.

Mais il est clair que la majorité des astronomes acceptent la théorie du Big Bang parce qu’elle est supportée par les plus éminents d’entre eux[1] et semble être l’une des solutions possibles des équations d’Einstein, si ce n’est la plus simple, tout au moins l’une des plus simples.

Mais un certain nombre de paramètres viennent enrayer cette si belle mécanique. Relevons cinq observations parmi les plus importantes qui grippent ce consensus.

Les trois tests du Big Bang

- L’expansion de l’Univers

- L’abondance des éléments légers

- Le rayonnement cosmologique

Une autre théorie peut-elle satisfaire ces trois exigences, tant sur le plan qualitatif que quantitatif ?

Aucune autre hypothèse ne peut se substituer au Big Bang et expliquer toutes les observations de façon aussi simple.

Les critiques que l’on peut faire à la théorie du Big Bang se rapportent pour la plupart aux paramètres cosmologiques qui déterminent l’évolution de l’Univers. Si nous pouvons résoudre ces cinq difficultés à partir des faits établis, alors nous pourrons dire avec encore un peu plus de confiance que la théorie est probablement exacte. Sinon n’ayons pas peur de remettre nos théories en question, quitte à ce que l’un ou l’autre auteur retombe dans l’anonymat.

- La loi de Hubble qui établit une relation entre le décalage spectral des objets et leur distance ne s’interprète pas aisément. Nous avons vu antérieurement qu’Allan Sandage attribue à Ho une valeur basse, proche de 50 km/s/Mpc, alors que Gérard de Vaucouleurs campait résolument sur une valeur haute, comprise entre 80 et 100 km/s/Mpc. Mais dans le modèle standard de Big Bang, une valeur aussi haute signifie que l’univers n’aurait pas plus de 7 à 10 milliards d’années avec toutes les difficultés que cela entraîne pour expliquer la formation des structures cosmiques. Les astronomes considèrent en effet que certains amas globulaires, objets qu’ils connaissent le mieux, sont âgés de 12 à 20 milliards d’années…

- L’abondance relative des éléments légers dans l’univers se fonde sur une densité voisine de 2.10-31 g/cm3. Dans ce cadre les observations sont compatibles avec le modèle Standard; ce nombre explique la platitude apparente de l’univers visible et son homogénéité.

Evidemment rétorquent Fred Hoyle et les adversaires de cette théorie, non content de fixer arbitrairement les paramètres cosmologiques, les astronomes conventionnels considèrent de facto que ce qu’ils observent localement, tout au plus dans le Superamas local, se répète dans tout l’Univers. Or, les astronomes reconnaissent volontiers que rien ne vient étayer cette hypothèse, les analyses du Télescope Spatial Hubble n’apportant que des indices. D’un autre côté, la densité de l’univers est considérée comme constante car personne aujourd’hui ne sait résoudre les équations d’Einstein dans un univers où la densité serait aléatoire.

- L’important décalage vers le rouge et la phénoménale énergie que semblent dégager les quasars et autres AGN ne s’interprètent pas aisément dans le cadre de la théorie du Big Bang. Les astrophysiciens ne comprennent pas pourquoi nous assistons à une coupure vers z=2 et encore moins d’où ces objets tiennent leur formidable énergie, fluctuant parfois en l’espace de quelques minutes, si ce n’est en invoquant l’interaction avec un trou noir.

- La structure hiérarchisée de l’univers, le fait qu’on retrouve des nuages protostellaires, des étoiles supergéantes, des pulsars, des galaxies compactes, des amas de galaxies, des superamas et autour d’eux un milieu interstellaire, intra-amas et interamas extrêmement pauvres dans un rapport de 10-40:1 n’est pas acceptable dans l’hypothèse d’un univers homogène[2]. Seule une théorie d’échelle, dans laquelle la densité diminue à mesure que le volume augmente serait compatible avec les faits.

- Le modèle FRW. Depuis la découverte du “Grand Mur” à z=0.02 et de la structure filamentaire de l’univers par De Lapparent, Geller et Huchra, plusieurs astronomes dont H. Kurki-Suonio et H.Fliche considèrent que l’univers FRW à courbure constante et homogène est inadéquat. Grâce aux sondages de Koo, Kron et Zalay effectués en 1987 et ceux de Broadhurst, Ellis et Shanks réalisés en 1988, les astronomes[3] ont découverts des “murs” de galaxies séparés de 128 Mpc et couvrant une distance totale de 7 milliards d’années-lumière ! Cette structure périodique ne peut s’expliquer dans le cadre du modèle Standard. Le hasard ne peut produire un tel alignement qui n’a qu’environ 2% de chance de se produire.

Récemment, les Anglais Guthrie et Napier ont à leur tour découvert que la différence de décalage spectral des couples de galaxies suivait une périodicité d’environ 37.5 km/s, plus fortement marquée pour les nombreux couples moyennement décalés. Ainsi, jusqu’à 500 km/s la période est nettement marquée mais elle tend à s’estomper au-delà de 2400 km/s. Tom Van Flandern et ses collègues interprètent cette découverte comme la preuve de la structure ondulatoire du milieu intersidéral, formant des fronts d’ondes dans lesquels s’agglutineraient les galaxies.

Malgré ces difficultés, comment peut-on expliquer que la majorité des astronomes continuent à supporter la théorie du Big Bang ? La théorie du Big Bang utilise en fait de telles approximations par simplicité. A quoi bon chercher les difficultés en essayant de tout embrasser, quand on ne sait pas relever le défi que soulèvent les implications des faits observationnels locaux ! Jusqu’à présent les faits et les données statistiques confirment les prédictions des chercheurs conformistes. Il est par exemple un fait incontesté que les objets discrets présentent des évolutions cosmiques distinctes et qu’en changeant d’échelle la distribution des galaxies évolue.

Lors d’un colloque qui s’est tenu à La Haye en 1994, Martin Rees, fervent défenseur de la théorie du Big Bang considéra que "malgré les faits, statistiquement rien n’empêche l’Univers d’être stationnaire". Dans son esprit rien de concret, aucun fait ne vient étayer l’hypothèse que l’univers est né du Big Bang. Mais il tempéra de suite l’ardeur de ses concurrents; ceci dit "rien non plus ne vient confirmer que l’Univers ait mettons, 30 milliards d’années".

Alors de deux choses l’une. Soit les astronomes amendent la théorie du Big Bang et nous avons vu que les théories inflationnaires et celle de la matière sombre sont encore loin de répondre à toutes nos attentes, soit nous imaginons d’autres scénarii plus conformes aux observations, peut-être pas plus simples dans leurs développements, mais plus simples à concevoir.

Parmi les théories alternatives au Big Bang (mise à part le modèle inflationnaire), cinq théories méritent notre attention :

- L’univers quasi-stationnaire HBN de Hoyle et al.

- Le modèle FST de Fliche et consorts

- Le modèle META de Tom Van Flandern

- Le modèle plasma d’Hannes Alfvén

- L’Univers neutrino.

Rassurez-vous, comme le disent eux-mêmes Hoyle[4] et ses collègues, “nous ne prétendons pas présenter ici L’alternative au modèle Standard”, aucune théorie n’a la prétention d’être meilleure qu’une autre. Leur objectif est d’expliquer les observations sans préjugés et de prévoir des faits nouveaux. Dans ce cadre chaque théorie présente ses avantages et ses inconvénients, bien que certaines soient plus spéculatives que formelles. Libre à vous de critiquer leurs fondements. Il serait même dommage de les accepter sans réagir.

Prochain chapitre

Le modèle quasi-stationnaire HBN

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[1] Il faut bien avouer que certains chercheurs supportent la théorie du Big Bang pour des raisons idéologiques et non pas scientifiques. Consulter à ce sujet le dossier consacré à la philosophie des sciences.

[2] Les étoiles à neutrons présentent une densité de l’ordre de 1013 g/cm3 alors que le vide inter-amas contient moins de 10-25 g/cm3.

[3] H.Kurki-Suonio, Science News, 137, 1990, p287 - Broadhurst et al., Nature, 343, 1990, p726.

[4] H.Arp, G.Burbidge, F.Hoyle, J.Narlikar et N.Wickramasinghe, "The extragalactic Universe: an alternative view", Nature, 346, 1990, pp.807-812.


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