Les astronomes ont récemment utilisé l'âge de plus de 155 000 étoiles de la Voie lactée pour estimer de manière indépendante l'âge de l'univers. Les résultats montrent que l'univers a au moins environ 13,7 milliards d'années, fournissant ainsi une preuve nouvelle et solide de « l'âge standard de l'univers » actuellement largement accepté, d'environ 13,8 milliards d'années. Des recherches pertinentes ont été soumises à la plateforme de prépublication arXiv le 1er juillet, soulignant en outre ce qui suit : Résoudre le problème de la « tension de Hubble » qui trouble la communauté cosmologique depuis de nombreuses années peut nécessiter de trouver la réponse dans « l'univers tardif » plutôt que de renverser l'ensemble du modèle cosmologique standard.
La détermination de l'âge de l'univers est étroitement liée à ce que l'on appelle la « tension de Hubble ». Il existe actuellement deux manières principales de mesurer le taux d'expansion de l'univers (c'est-à-dire la constante de Hubble) : L'une consiste à utiliser la « rémanence » du Big Bang - le rayonnement de fond cosmique micro-onde (CMB) pour estimer l'histoire de l'expansion de l'univers sous l'hypothèse du modèle cosmologique standard (ΛCDM), obtenant un âge approximatif de l'univers de 13,8 milliards d'années ; l'autre s'appuie sur des observations directes de l'univers local, y compris des « bougies standards » telles que les variables céphéides et les supernovae, et donne un taux d'expansion plus élevé, correspondant à un âge de l'univers d'environ 12,5 milliards à 12,9 milliards d'années seulement. La différence de valeur de la constante de Hubble entre les deux méthodes est d'environ 9 %. Ce « décalage » est appelé « tension de Hubble ».
Cette nouvelle étude a été dirigée par Indranil Banik de l'Université de Portsmouth, au Royaume-Uni. L'équipe n'a pas commencé avec le modèle cosmologique global, mais s'est tournée vers les étoiles les plus anciennes de la Voie lactée, les traitant comme des « fossiles » qui enregistrent les débuts de l'histoire de l'univers. L'équipe de recherche a souligné que si l'on pouvait trouver une étoile avec une histoire d'environ 13 milliards d'années, l'âge réel de l'univers devait être plus grand, car la formation des étoiles après le Big Bang prend également un certain temps.
Dans le cadre d'un travail spécifique, l'équipe a d'abord sélectionné 247 103 soi-disant « sous-géants » comme échantillons. Ce type d'étoile vient de quitter le stade stellaire de la séquence principale, et sa structure interne et son stade évolutif facilitent l'estimation précise de son âge. Ces données stellaires proviennent du télescope chinois Guo Shoujing (LAMOST) et du projet d'enquête européen Gaia. Les chercheurs ont sélectionné les objets qui ne répondaient pas aux caractéristiques des « vieilles étoiles typiques » grâce à une analyse de la composition chimique, et les ont combinés avec un autre ensemble de méthodes indépendantes de vérification croisée, et ont finalement obtenu un « échantillon raffiné » de 155 600 étoiles.
En analysant ces étoiles les plus anciennes et à la durée de vie extrêmement longue de la Voie Lactée, l'équipe de recherche a découvert que la plus ancienne étoile d'entre elles a environ 13,73 milliards d'années, avec une incertitude statistique d'environ plus 18 millions d'années et moins 15 millions d'années. Si l’on considère également que les étoiles elles-mêmes ont mis environ 200 millions d’années à se former après le Big Bang, alors ce résultat est tout à fait cohérent avec l’âge de l’univers d’environ 13,8 milliards d’années prédit par le modèle cosmologique standard combiné aux observations du fond diffus cosmologique. Cette valeur est également tout à fait cohérente avec les résultats précédents basés sur d’autres étoiles anciennes et amas globulaires.
Il convient de noter que l’équipe de recherche a également souligné que les résultats actuels sont encore limités par des incertitudes sur de nombreux aspects, notamment le nombre d’échantillons, les critères de sélection de qualité, les hypothèses du modèle d’évolution stellaire, les échelles de temps de formation des étoiles et les prédictions théoriques elles-mêmes. Chaque facteur amènera approximativement une limite supérieure d’erreur d’environ 150 millions à 200 millions d’années. Par conséquent, l’amélioration d’un seul lien sera difficile à réaliser pour faire un « bond en avant » dans la précision de la détermination de l’âge de l’univers à court terme.
Malgré ces sources d’erreur, la nouvelle estimation de l’âge minimum de l’univers reste nettement supérieure aux 12,5 à 12,9 milliards d’années qu’on obtiendrait en extrapolant simplement le taux d’expansion local à la quasi-totalité de l’histoire de l’univers. Cela signifie que si la « tension de Hubble » trouve ses racines dans la nouvelle physique, il est plus probable qu'elle n'ait pris effet que plus tard dans l'histoire de l'univers, plutôt que de dominer l'évolution globale de l'univers depuis le début.
L'équipe de recherche a souligné que cela pourrait impliquer que la méthode d'expansion de l'univers a changé d'une manière ou d'une autre au cours des derniers milliards d'années, ou qu'il existe des caractéristiques particulières dans l'environnement local de l'univers dans lequel nous vivons, telles que des trous à grande échelle, provoquant une « élévation artificielle » du taux d'expansion observé localement. L'article écrit que, sur la base des preuves existantes, le soi-disant « schéma de l'univers tardif » devient de plus en plus l'un des meilleurs candidats pour expliquer la tension de Hubble ; une autre possibilité est que nous soyons dans une immense région locale de sous-densité (vide), ce qui entraînerait un taux d'expansion mesuré localement plus élevé.
Ce travail a été soumis à la plateforme de prépublication arXiv sous le titre « Estimation de l'âge de l'univers à l'aide d'un large échantillon des étoiles les plus anciennes de la Voie lactée », ajoutant un vote de « l'horloge stellaire » à la discussion en cours autour de l'âge de l'univers et au débat sur la constante de Hubble. Pour les chercheurs qui visent à défendre le modèle cosmologique standard, les nouveaux résultats sont sans aucun doute un coup de pouce ; mais pour résoudre complètement le « problème cosmique » de la tension de Hubble, de multiples observations et travaux théoriques sur l’univers primitif et tardif seront encore nécessaires à l’avenir.