Comment connaît-on l’âge de l’Univers

Pendant les premières centaines de milliers d’années, l’Univers était chaud et opaque. Lorsqu’il s’est suffisamment refroidi pour que la lumière puisse voyager librement, cet éclat s’est propagé dans toutes les directions et s’est depuis étiré avec l’espace. Aujourd’hui, il apparaît comme un faible rayonnement présent dans tout le ciel.

Ce rayonnement contient de minuscules ondulations : des zones un peu plus chaudes ou un peu plus froides. La taille de ces zones dépend de la quantité de matière présente dans l’Univers, de sa nature et de la vitesse à laquelle tout s’étendait. En confrontant le motif mesuré aux équations, on obtient un ensemble de paramètres, dont l’âge.

La deuxième méthode est plus simple en théorie : mesurer la vitesse à laquelle les galaxies s’éloignent, puis remonter le temps. La difficulté, c’est que cette vitesse a changé. Il faut donc aussi un modèle de la composition de l’Univers. En revanche, les mesures sont faites directement, grâce aux explosions de supernovæ dans des galaxies lointaines.

La troisième méthode ne dépend pas du tout de la cosmologie. Pour les amas d’étoiles les plus anciens, on peut estimer leur âge en observant quelles étoiles ont déjà quitté la séquence principale. On obtient ainsi une limite inférieure : l’Univers ne peut pas être plus jeune que ses étoiles les plus anciennes.

C’est précisément la concordance de ces trois estimations indépendantes qui rend le résultat fiable. Une erreur dans une méthode ne se retrouverait pas dans les deux autres, qui fonctionnent de manière complètement différente.

La vitesse d’expansion mesurée grâce au rayonnement ancien et cette même grandeur mesurée grâce aux galaxies proches diffèrent d’environ quelques pour cent. Cette divergence est persistante et ne s’explique pas par les erreurs de mesure. On l’appelle donc une tension.

Elle influe peu sur l’âge lui-même, mais signifie qu’il manque quelque chose au modèle. Les possibilités envisagées sont diverses : des erreurs systématiques non prises en compte jusqu’à une nouvelle physique. Pour l’instant, la question reste ouverte, et c’est une situation normale dans la recherche scientifique.