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Le temps courait cinq fois plus lentement dans l’Univers primitif

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Illustration d'un quasar. Crédits : DESY, Science Communication Lab

Des chercheurs ont utilisé les variations de luminosité des quasars de l’Univers primitif pour mesurer la dilatation du temps jusqu’à seulement un milliard d’années après le Big Bang. De quoi parle-t-on précisément ?

Dilatation du temps

Une prédiction fondamentale du modèle du Big Bang et de la théorie de la relativité générale est l’expansion de l’Univers. Cette expansion signifie que l’espace lui-même se dilate, entraînant une augmentation des distances entre les galaxies et les objets célestes. De ce fait, les observations de l’Univers lointain devraient normalement être affectées par cette expansion de l’espace. Cette dilatation cosmologique y affecte ainsi notre perception du temps.

En raison de l’expansion de l’espace, les signaux lumineux provenant des objets éloignés mettent en effet plus de temps pour atteindre les observateurs sur Terre. Cela signifie que les événements qui se produisent dans le cosmos lointain semblent se dérouler plus lentement lorsqu’ils sont observés depuis notre perspective. Les phénomènes astronomiques tels que l’évolution des galaxies, la formation des étoiles et les explosions stellaires peuvent ainsi sembler ralentis en raison de cette dilatation cosmologique.

Dans le cadre de travaux antérieurs, des astronomes avaient déjà confirmé cette « évolution au ralenti » de l’Univers alors que celui-ci avait environ la moitié de son âge en utilisant des supernovae, des étoiles explosives massives, comme « horloges standard ». Cependant, bien que les supernovae soient extrêmement brillantes, elles sont difficiles à observer dans l’Univers primitif. Pour cette nouvelle étude, dont les détails sont rapportés dans la revue Nature Astronomy, des chercheurs ont utilisé une autre source pour lointaine et plus brillante : les quasars.

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Crédits : lashMovie/iStock

Les quasars comme « horloges »

Pour rappel, les quasars sont des objets associés à des trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies. Ces objets se forment principalement lorsque la matière s’accumule autour de ces trous noirs. En raison de la force gravitationnelle intense, la matière est chauffée à des températures extrêmement élevées, ce qui libère une quantité incroyable d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique. De ce fait, les quasars sont parmi les objets les plus lumineux de l’Univers, souvent plusieurs milliards de fois plus lumineux que notre propre galaxie.

En examinant les données de 190 de ces objets observés sur deux décennies et en les combinant avec des observations prises à différentes longueurs d’onde, les chercheurs ont ainsi pu normaliser le « tic-tac » de chacun d’entre eux. Ces analyses ont alors permis de constater que le temps semblait s’écouler cinq fois plus lentement lorsque l’Univers avait un peu plus d’un milliard d’années. « Autrement dit, si vous étiez là, dans cet Univers naissant, une seconde semblerait être une seconde. Cependant, de notre position, à plus de douze milliards d’années dans le futur, ce premier temps semble s’éterniser« , résume ainsi Geraint Lewis, de l’École de physique et de l’Institut d’astronomie de Sydney.

Des études antérieures avaient amené certains à se demander si les quasars étaient vraiment des objets cosmologiques ou même si l’idée d’expansion de l’espace est correcte. Avec ces nouvelles données et analyses, les chercheurs ont néanmoins pu confirmer que les quasars se comportent exactement comme le prédit la relativité d’Einstein.