Le 30 juin 1905, Albert Einstein entame une révolution avec la publication de la théorie de la relativité restreinte. Cette théorie, entre autres, a déclaré que la vitesse de la lumière dans le vide est la même pour tous les observateurs, quelle que soit la source. En 1915, il enchaîne avec la publication de sa théorie de la relativité générale, qui affirme que la gravité a un effet déformant sur l'espace-temps. Depuis plus d'un siècle, ces théories sont un outil essentiel en astrophysique, expliquant le comportement de l'Univers à grande échelle.
Cependant, depuis les années 1990, les astronomes sont conscients du fait que l'Univers se développe à un rythme accéléré. Dans un effort pour expliquer la mécanique derrière cela, les suggestions ont varié de l’existence possible d’une énergie invisible (c.-à-d. L’énergie sombre) à la possibilité que les équations de champ de la relativité générale d’Einstein soient en panne. Mais grâce aux récents travaux d'une équipe de recherche internationale, on sait maintenant qu'Einstein avait tout compris.
À l'aide du spectrographe à fibre multi-objets (FMOS) sur le télescope Subaru, l'équipe - dirigée par des chercheurs de l'Institut japonais de physique et de mathématiques de l'univers (Kavli IMPU) et de l'Université de Tokyo - a créé le plus profond des 3-D carte de l'Univers à ce jour. Tout compte fait, cette carte contient quelque 3 000 galaxies et englobe un volume d'espace mesurant 13 milliards d'années-lumière.
Pour tester la théorie d'Einstein, l'équipe - dirigée par le Dr Teppei Okumura, chercheur du projet Kavli IPMU - a utilisé les informations obtenues par le projet FastSound au cours des dernières années. Dans le cadre de leurs efforts pour déterminer les origines de l'accélération cosmique, ce projet s'appuie sur les données collectées par le télescope Subaru pour créer une étude qui surveille le décalage vers le rouge des galaxies.
À partir de ce qui a été observé au cours de 40 nuits (entre 2012 et 2014), le FastSound Survey a pu déterminer les vitesses de marche et le regroupement de plus de 3000 galaxies éloignées. Mesurant leurs distorsions spatiales de décalage vers le rouge pour voir à quelle vitesse elles se déplaçaient, Okumura et son équipe ont pu suivre l'expansion de ces galaxies jusqu'à une distance de 13 milliards d'années-lumière.
Ce fut un exploit historique, car les précédents modèles 3D de l'Univers n'ont pas pu atteindre plus de 10 milliards d'années-lumière. Mais grâce au FMOS du télescope Subaru, qui peut analyser des galaxies de 12,4 à 14,7 milliards d'années-lumière, l'équipe a réussi à battre ce record. Ils ont ensuite comparé les résultats au type d'expansion prédit par la théorie d'Einstein, en particulier l'inclusion de sa constante cosmologique.
Initialement introduite par Einstein en 1917 comme un ajout à sa théorie de la relativité générale, la constante cosmologique était essentiellement un moyen de retenir la gravité et de réaliser un univers statique. Et bien qu'Einstein ait abandonné cette théorie quand Edwin Hubble a découvert que l'Univers était en expansion, elle est depuis devenue une partie acceptée du modèle standard de la cosmologie moderne (connu sous le nom de modèle Lambda-CDM).
L'équipe de recherche a découvert que, même à une distance de 13 milliards d'années-lumière dans l'Univers, les règles de la relativité générale sont toujours valables. «Nous avons testé la théorie de la relativité générale plus que quiconque», a déclaré le Dr Okumura. "C'est un privilège de pouvoir publier nos résultats 100 ans après la proposition d'Einstein."
Ces résultats ont aidé à résoudre quelque chose sur lequel les astronomes s'interrogent depuis des décennies, à savoir si la constante cosmologique d'Einstein pouvait être démontrée comme compatible avec un univers en expansion. Et bien que diverses expériences aient confirmé que la relativité générale correspondait aux données d'observation, elles ont été quelque peu limitées dans le passé.
Par exemple, l'expérience Pound-Rebka, qui a eu lieu en 1960, a été la première confirmation de la théorie d'Einstein. Cependant, cette expérience, et les nombreuses qui ont suivi au cours des décennies suivantes, étaient soit indirectes, soit confinées au système solaire. Une expérience réalisée en 2010 par des chercheurs de l'Université de Princeton a confirmé la relativité générale à une distance de 7 milliards d'années-lumière.
Mais avec cette expérience, la relativité générale a été confirmée à une distance de 13 milliards d'années-lumière, ce qui représente la grande majorité de l'Univers que nous pouvons voir (soit 13,8 milliards d'années-lumière). Il semble que même un siècle plus tard, les théories d'Einstein tiennent toujours. Et considérant qu'il a affirmé une fois que la constante cosmologique était la «plus grosse erreur» de sa carrière scientifique!
