Boomerang prêt à décoller. Le télescope suspendu à un ballon a survolé l'Antarctique à une altitude de 37 kilomètres entre le 29 décembre 1998 et le 9 janvier 1999 (c) 2000 Boomerang Collaboration. Utilisation autorisée

L'expérience Boomerang met à jour l'histoire de la constante cosmologique et relance le débat. Ce télescope suspendu à un ballon a mesuré la température de l'Univers quelque 300 000 ans après le Big Bang. Cette période est primordiale dans l'histoire de l'Univers, car à cette époque, la température avait atteint un niveau suffisamment bas pour que le rayonnement de l'Univers se déplace librement, sans interaction permanente avec la matière. Le télescope Boomerang permet d'observer ce que les astronomes appellent la surface de la dernière diffusion , c'est à dire l'endroit où pour la dernière fois le rayonnement du Big Bang est entré en contact avec la matière, avant de venir sans contrainte à la rencontre de nos télescopes.

Ce rayonnement calorifique nous entoure de manière uniforme. Quelle que soit la direction vers laquelle notre regard se porte, nous pouvons remonter suffisamment loin dans le temps pour observer cette « surface » plus froide du Big Bang. Mais, c'est justement parce que cette surface marque la dernière interaction entre la matière et le rayonnement, que ce dernier présente des traces de faibles variations de densité de matière à ce moment précis. Et ce sont précisément ces fluctuations de densité qui finiront par donner éventuellement naissance aux d'énormes structures, galaxies et amas de galaxies que nous pouvons observer aujourd'hui.

Quel est le lien avec la constante cosmologique ? La constante cosmologique est un nombre qui mesure une propriété mystérieuse, appelée « énergie du vide », et qui peut être définie comme une répulsion gravitationnelle. La quantité de matière gravitationnelle dans l'Univers influence profondément sa taille et sa géométrie, comme l'explique l'article principal.

Il s'avère que l'ampleur des fluctuations de densité à l'origine des galaxies peut être estimée avec une certaine fiabilité, car au début, l'Univers n'était qu'un gaz chaud et les fluctuations de densité peuvent être considérées comme les ondes sonores d'un gaz. En réalité, l'ampleur de ces fluctuations en années-lumière est quasiment égale à la vitesse du son multipliée par l'âge de l'Univers à l'époque de la « dernière diffusion ». Toutefois, le télescope Boomerang mesure l'ampleur de ces fluctuations telles qu'elles apparaissent dans le ciel, en taille angulaire, c'est-à-dire en degrés. En fait, leur taille standard correspond à environ deux fois la taille de la pleine lune telle qu'elle apparaît vue de la Terre.

Désormais, si nous connaissons la taille angulaire d'un objet, ainsi que sa taille réelle, nous pouvons mesurer sa distance. Nous le faisons en permanence ; nous estimons approximativement la distance d'une colline en fonction de la taille des personnes qui sont dessus. Dans l'espace courbe, ces calculs sont plus difficiles, mais le principe reste le même. Le comble de la complexité réside dans le fait que nous devons nous assurer que la distance déduite à partir de l'étude de la surface de la dernière diffusion correspond à son décalage vers le rouge ou à son âge, que nous connaissons dans tous les cas. Ce qui signifie que nous devons choisir l'espace courbe adéquat.

Le télescope Boomerang a observé le modèle de points chauds et froids du rayonnement diffus cosmologique ou fossile (Cosmic Microwave Background - CMB) qui remplit l'Univers (illustration du haut). Ces points ont été comparés aux modèles informatiques (illustrations du bas). La taille visible des zones chaudes et froides a été agrandie (en bas à gauche) ou diminuée (en bas à droite) selon la courbure de l'espace. Les mesures actuelles sont plus proches du modèle supposant que l'Univers est plat. (c) 2000 Boomerang Collaboration. Utilisation autorisée

Le mot de la fin est que l'espace doit être « plat » ... comme l'enseigne la géométrie traditionnelle, où le périmètre d'un cercle dépend du carré de son rayon et où les droites parallèles ne se rencontrent jamais. C'est la seule configuration géométrique dans laquelle la distance mesurée à la dernière diffusion, à l'aide de la taille angulaire, peut coïncider avec ce que nous savons sur la date de la dernière diffusion. Bref, nous devons obtenir

distance = vitesse de la lumière X âge de l'Univers

Et si on entre dans les détails, on en déduit qu'aucun des espaces courbes imaginés et autorisés par la théorie gravitationnelle d'Einstein ne concorde avec les résultats.

Mais, comme l'explique l'article principal, la quantité de matière gravitationnelle dans l'Univers joue sur la platitude ou la courbure de l'espace et sur son degré. Il n'existe pas suffisamment de masse ordinaire dans l'Univers pour rendre l'espace plat. Un équilibre peut être obtenu grâce au mystérieux effet gravitationnel de l'énergie du vide ou constante cosmologique.

En réalité, les résultats de l'expérience Boomerang et les données relatives aux supernovae confirment que la constante cosmologique est plus importante que la matière dans la détermination de la courbure de l'espace et l'avenir de l'Univers. En d'autres termes, il y a matière à relativiser !