Des quasars montrent que le temps semble s’être écoulé 5 fois plus lentement au début de l’univers
En raison d’un effet particulier de la vitesse sur l’apparence du passage du temps, nos observations donnent l’impression que le temps s’écoulait plus lentement lorsque l’Univers était encore naissant.
Image d’entête : représentation d’une galaxie avec un quasar actif en son centre montre la grande quantité d’énergie générée par un trou noir supermassif. (NASA, ESA, et N. Arav (Virginia Tech))
C’est du moins ce qu’il nous semble, à une distance de près de 13 milliards d’années de voyage de la lumière. C’est ce qu’on appelle la dilatation du temps, et l’astrophysicien Geraint Lewis, de l’université de Sydney en Australie, et le statisticien Brendon Brewer, de l’université d’Auckland, l’ont observée pour la première fois dans l’Univers primitif en étudiant les fluctuations de galaxies brillantes appelées galaxies quasars au cours de l’aube cosmique.
Ils ont découvert qu’en raison de l’accélération de l’expansion de l’Univers, ces fluctuations se produisent à un rythme 5 fois plus lent que si elles se produisaient à proximité.
Pour la première fois, des scientifiques ont observé l’univers primitif se déployer au ralenti. Cette découverte dévoile l’un des mystères de l’univers en expansion d’Einstein. En élucidant le feu d’artifice des quasars, des trous noirs massifs hyperactifs au centre des galaxies, les scientifiques ont confirmé que ce cosmos au ralenti à un dixième de l’âge de l’univers. Avec ce tic-tac de l’horloge d’un quasar, nous pouvons maintenant retracer le temps à travers la vie du cosmos.
C’est la plus grande distance à laquelle nous ayons jamais vu la dilatation du temps en action, et cela résout plusieurs problèmes. Elle montre que les quasars sont compatibles avec l’effet sur de vastes étendues d’espace-temps, ce qui signifie non seulement qu’ils sont en accord avec le modèle standard de la cosmologie, mais aussi que nous pouvons tenir compte de la dilatation temporelle dans l’étude de leur comportement.
Petite vidéo produite par l’Université de Sydney pour cette étude. Traduction du commentaire : “Pour la première fois, des scientifiques ont observé l’univers primitif se déployer au ralenti. Cette découverte dévoile l’un des mystères de l’univers en expansion d’Einstein. En élucidant le feu d’artifice des quasars, des trous noirs massifs hyperactifs au centre des galaxies, les scientifiques ont confirmé que ce cosmos au ralenti à un dixième de l’âge de l’univers. Avec ce tic-tac de l’horloge d’un quasar, nous pouvons maintenant tracer le temps à travers la vie du cosmos.
Selon Lewis :
Si l’on remonte à l’époque où l’Univers avait un peu plus d’un milliard d’années, le temps semble s’écouler 5 fois plus lentement. Si vous étiez là, dans cet Univers naissant, une seconde vous semblerait une seconde, mais de notre position, plus de 12 milliards d’années dans le futur, ces temps anciens semble nts’éterniser.
Bien que cela ne soit pas vraiment perceptible dans notre vie quotidienne, l’espace et le temps dans l’Univers sont inextricablement liés. C’est ainsi que nous pouvons constater l’accélération de l’expansion de l’Univers. La lumière provenant de distances beaucoup plus grandes s’étire au fur et à mesure que l’espace se dilate, passant à des longueurs d’onde plus grandes et plus rouges au fur et à mesure que la distance de la source s’accroît.
Cet effet, appelé effet Doppler, est également perceptible sur Terre. Imaginez la façon dont le son d’une sirène d’ambulance semble s’étirer à mesure que l’ambulance s’éloigne de vous. Dans cette analogie, l’ambulance devient une galaxie lointaine et la lumière est la sirène. À la source, l’émission est normale, mais de notre point de vue, elle s’étire.
Animation illustrant comment l’effet Doppler fait qu’un moteur de voiture ou une sirène émet un son plus aigu en approche qu’en éloignement. Les cercles rouges représentent les ondes sonores. (Charly Whisky/ Wikimedia)
Il devrait se produire (et se produit) quelque chose de similaire avec le temps, comme cela a été observé dans les explosions de supernova à peu près à mi-chemin de l’univers observable. Pour nous, le temps s’écoule normalement. Pour quelqu’un qui se trouve à proximité de l’explosion de la supernova, le temps semble également s’écouler normalement. Mais en raison de la vitesse relative entre les deux points, la supernova nous semble se dérouler au ralenti.
On a prédit que les quasars de l’Univers primitif devraient présenter un effet similaire, mais il s’agit d’objets différents des supernovæ. Les galaxies quasars sont celles dont le centre est occupé par un trou noir supermassif qui se nourrit activement. Le processus d’alimentation produit une grande quantité de lumière car la matière autour du trou noir s’échauffe, scintillant au gré des turbulences.
Selon Lewis :
Alors que les supernovae agissent comme un simple éclair de lumière, ce qui les rend plus faciles à étudier, les quasars sont plus complexes, comme un feu d’artifice permanent. Ce que nous avons fait, c’est décortiquer ce feu d’artifice, en montrant que les quasars peuvent eux aussi être utilisés comme des marqueurs temporels standard pour l’Univers primitif.
Lewis et Brewer ont étudié un échantillon de 190 quasars datant de 2,45 à 12,17 milliards d’années (le Big Bang a eu lieu il y a 13,8 milliards d’années), avec des données couvrant une gamme de longueurs d’onde prises sur une période de deux décennies. Ils disposaient d’environ 200 observations pour chaque quasar, ce qui a permis de reconstituer en détail leurs fluctuations.
Auparavant, les scientifiques pensaient que la variabilité des quasars ne présentait pas les effets de la dilatation temporelle, mais les échantillons étaient petits et observés sur une période beaucoup plus courte. En augmentant considérablement le nombre de quasars et la durée des observations, les deux chercheurs ont constaté qu’ils semblaient effectivement vaciller au ralenti, par rapport aux quasars plus récents.
Selon Lewis :
Des études antérieures ont conduit à se demander si les quasars étaient vraiment des objets cosmologiques, ou même si l’idée de l’expansion de l’espace était correcte. Grâce à ces nouvelles données et analyses, nous avons pu trouver l’insaisissable tic-tac des quasars, qui se comportent exactement comme le prédit la relativité d’Einstein.
L’étude publiée dans Nature Astronomy : Detection of the cosmological time dilation of high-redshift quasars et présentée sur le site de l’Université de Sydney : Quasar ‘clocks’ show Universe running five times slower soon after Big Bang.
