L'EPFL contribue à déterminer le rythme d'expansion de l'Univers

À quelle vitesse l'Univers est-il en expansion aujourd'hui ? Les astronomes appellent cette valeur la constante de Hubble. Pendant des années, les différentes méthodes de mesure ont donné des résultats contradictoires, créant ce que l'on appelle la « tension de Hubble ». Une vaste équipe internationale vient de publier la mesure directe la plus précise à ce jour, tout en démontrant que cette divergence ne résulte probablement pas d'une seule erreur dans les mesures locales.

La constante de Hubble, H0, définit l'échelle de l'Univers. Elle nous indique à quelle vitesse les galaxies s'éloignent les unes des autres. Les astronomes la mesurent à l'aide d'une chaîne d'indicateurs de distance, souvent appelée « échelle de distance ». Chaque maillon s'appuie sur le précédent, des étoiles proches aux supernovae lointaines.

Cette approche s'est constamment améliorée, mais elle présente une faiblesse. Les erreurs peuvent se propager le long de la chaîne. Si un maillon est biaisé, le résultat final peut être faussé. Parallèlement, les mesures basées sur l’Univers primitif donnent une valeur inférieure à celle des mesures locales. Ce décalage s’est accentué avec l’amélioration des données.

D’une échelle à un réseau

La collaboration H0 Distance Network a désormais adopté une approche différente. Au lieu de s’appuyer sur une seule chaîne, ses membres ont construit un réseau qui combine de nombreux indicateurs de distance indépendants en une analyse cohérente. L’étude paraîtra dans Astronomy & Astrophysics.

Les travaux ont débuté lors d’un atelier organisé en 2025 à l’Institut international des sciences spatiales (ISSI) à Berne. Les chercheurs se sont réunis pour s’accorder, en amont, sur les méthodes et les données. Ils ont ensuite analysé les données en collaboration pendant plusieurs mois.

L'EPFL contribue à définir l'approche

À l'EPFL, le professeur Richard Anderson a joué un rôle central dans le lancement et l'élaboration du projet. Il a coorganisé l'atelier de l'ISSI de 2025 qui a donné naissance à l'étude, aux côtés de l'auteur principal Stefano Casertano, et a contribué à concevoir le processus de consensus utilisé par la collaboration.

L'atelier a réuni des chercheurs afin de s'accorder, en amont, sur la manière de construire l'analyse, sur la base de discussions approfondies sur les atouts et les limites des différentes méthodes et ensembles de données.

L'équipe de chercheurs internationaux a défini des hypothèses et des méthodes avant même que des résultats ne soient disponibles. Les participants ont discuté des options, puis ont voté de manière anonyme et contraignante sur les approches à retenir. Cette étape a réduit le risque de biais de confirmation, puisque toutes les données étaient accessibles au public.

L'expertise de M. Anderson en matière d'étalonnage et de systématique des bougies standard stellaires a constitué un élément crucial pour ce travail. Ces objets définissent l'échelle absolue pour les mesures de distance. Plusieurs résultats développés par son groupe à l’EPFL ont été directement intégrés à l’analyse.

Le Local Distance Network, illustré par une analogie avec un « plan de métro » développée par Anderson, relie de multiples méthodes de mesure des distances astronomiques de manière statistiquement rigoureuse. Celles-ci incluent les variables céphéides, l’extrémité de la branche des géantes rouges, les supernovae et de nombreuses autres méthodes plus ou moins corrélées.

Une nouveauté majeure de l’approche du Réseau réside dans le fait qu’elle prend explicitement en compte les corrélations. Le réseau les combine à l’aide d’un cadre statistique qui tient compte des incertitudes communes. Cela permet aux chercheurs de vérifier la cohérence entre les méthodes et d’éviter de s’appuyer sur une seule voie.

L’analyse montre que les indicateurs de distance indépendants concordent dans les limites de leurs incertitudes déclarées. Aucune méthode ne domine le résultat final. La suppression de composants clés n’entraîne que de faibles variations du résultat.

Une valeur plus précise pour l’expansion cosmique

La collaboration H0 rapporte une valeur de H0 = 73,50 ± 0,81 km s−1 Mpc−1, avec une précision d’un peu plus de 1 %. Il s’agit de la mesure directe la plus précise du taux d’expansion local à ce jour, s’appuyant sur une base de données plus large que les approches précédentes.

Ce nouveau résultat reste en forte contradiction avec les valeurs déduites de l’Univers primitif selon le modèle cosmologique de concordance. La différence est de l'ordre de cinq à sept écarts-types.

Comme le réseau combine de nombreuses méthodes, le résultat suggère qu'une erreur négligée dans les mesures locales ne peut expliquer la tension de Hubble. Cela renforce l'hypothèse selon laquelle cette tension indique l'absence d'éléments fondamentaux dans la physique sous-jacente au modèle cosmologique le plus couramment adopté.

Ce cadre trace également la voie à suivre. De nouvelles données provenant des futurs observatoires pourront être ajoutées au réseau, améliorant ainsi la précision et permettant de vérifier la cohérence des mesures futures.

Communiqué de presse d’ ISSI BERN