Le cosmos au moins 250 fois plus grand que l'univers visible, disent les cosmologistes

Lorsque nous regardons dans l'Univers, les choses que nous pouvons voir doivent être suffisamment proches pour que la lumière nous atteigne depuis que l'Univers a commencé. L'univers a environ 14 milliards d'années, donc à première vue, il est facile de penser que nous ne pouvons pas voir les choses à plus de 14 milliards d'années-lumière.

Ce n'est pas tout à fait vrai, cependant. Parce que l'Univers est en expansion, les choses visibles les plus éloignées sont beaucoup plus éloignées que cela. En fait, les photons du fond diffus cosmologique ont parcouru 45 milliards d'années-lumière pour arriver jusqu'ici. Cela fait de l'univers visible quelque 90 milliards d'années-lumière de diamètre.

C'est grand, mais l'univers est presque certainement beaucoup plus grand. La question à laquelle de nombreux cosmologistes se sont posés est de savoir combien plus grand. Aujourd'hui, nous avons une réponse grâce à une analyse statistique intéressante de Mihran Vardanyan de l'Université d'Oxford et de quelques amis.

Évidemment, nous ne pouvons pas mesurer directement la taille de l'univers, mais les cosmologistes ont divers modèles qui suggèrent quelle devrait être sa taille. Par exemple, une ligne de pensée est que si l'univers s'est étendu à la vitesse de la lumière pendant l'inflation, alors il devrait être 10^23 fois plus grand que l'univers visible.

D'autres estimations dépendent de nombreux facteurs et notamment de la courbure de l'Univers : qu'il soit fermé, comme une sphère, plat ou ouvert. Dans les deux derniers cas, l'Univers doit être infini.

Si vous pouvez mesurer la courbure de l'Univers, vous pouvez alors imposer des limites à sa taille.

Il s'avère que ces dernières années, les astronomes disposent de divers moyens ingénieux pour mesurer la courbure de l'Univers. L'une consiste à rechercher un objet distant de taille connue et à mesurer sa taille. S'il est plus grand qu'il ne devrait l'être, l'Univers est fermé ; si c'est la bonne taille, l'univers est plat et s'il est plus petit, l'univers est ouvert.

Les astronomes connaissent un type d'objet qui fait l'affaire : les ondes de l'univers primitif qui se sont figées dans le fond cosmique des micro-ondes. Ils peuvent mesurer la taille de ces ondes, appelées oscillations acoustiques baryoniques, à l'aide d'observatoires spatiaux tels que WMAP.

Il existe également d'autres indicateurs, comme la luminosité des supernovas de type 1A dans les galaxies lointaines.

Mais lorsque les cosmologistes examinent toutes ces données, différents modèles de l'Univers donnent des réponses différentes à la question de sa courbure et de sa taille. Lequel choisir ?

La percée que Vardanyan et ses amis ont faite est de trouver un moyen de faire la moyenne des résultats de toutes les données de la manière la plus simple possible. La technique qu'ils utilisent s'appelle la moyenne du modèle bayésien et elle est beaucoup plus sophistiquée que l'ajustement de courbe habituel que les scientifiques utilisent souvent pour expliquer leurs données.

Une analogie utile est avec les premiers modèles du système solaire. Avec la Terre au centre du système solaire, il est progressivement devenu de plus en plus difficile d'adapter les données d'observation à ce modèle. Mais les astronomes ont trouvé des moyens de le faire en introduisant des systèmes de plus en plus complexes, le modèle roues dans les roues du système solaire.

Nous savons maintenant que cette approche était totalement erronée. L'un des soucis des cosmologistes est qu'un processus similaire se déroule actuellement avec les modèles de l'Univers.

La moyenne du modèle bayésien protège automatiquement contre cela. Au lieu de demander dans quelle mesure le modèle correspond aux données, il pose une question différente : étant donné les données, quelle est la probabilité que le modèle soit correct. Cette approche est automatiquement biaisée contre des modèles complexes - c'est une sorte de rasoir statistique d'Occam.

En l'appliquant à divers modèles cosmologiques de l'univers, Vardanyan et co sont capables d'imposer des contraintes importantes sur la courbure et la taille de l'Univers. En fait, il s'avère que leurs contraintes sont beaucoup plus strictes que ce qui est possible avec d'autres approches.

Ils disent que la courbure de l'Univers est étroitement limitée autour de 0. En d'autres termes, le modèle le plus probable est que l'Univers est plat. Un univers plat serait également infini et leurs calculs sont également cohérents avec cela. Ceux-ci montrent que l'Univers est au moins 250 fois plus grand que le volume de Hubble. (Le volume de Hubble est similaire à la taille de l'univers observable.)

C'est gros, mais en réalité plus serré que beaucoup d'autres modèles.

Et le fait qu'il provienne d'une méthode statistique aussi élégante signifie que ce travail est susceptible d'avoir un large attrait. Si tel est le cas, il pourrait bien finir par être utilisé pour affiner et restreindre également d'autres domaines de la cosmologie.

Réf : arxiv.org/abs/1101.5476 : Applications du modèle bayésien faisant la moyenne de la courbure et de la taille de l'univers

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