Le temps est relatif, comme on dit, surtout pour les repas de midi. Comme le montre la relativité restreinte, la mesure de deux horloges dépend de leur mouvement l’un par rapport à l’autre. Plus leur vitesse relative est grande, plus chaque horloge est lente l’une par rapport à l’autre. Ainsi, puisque nous voyons des galaxies lointaines s’éloigner de nous, nous devrions également voir le temps se déplacer plus lentement. Droite?
Bien que cela soit vrai, nous devons veiller à ne pas confondre ce qui se passe. L’une des idées centrales à noter est que chaque observateur connaîtra le temps au taux standard. Regardez votre montre tout en accélérant dans une fusée, et les secondes s’écouleront comme elles le font toujours. Il en est de même pour un observateur sur Terre. Ce n’est que lorsqu’un observateur sur Terre et sur une fusée rapide comparent leurs montres que les choses deviennent confuses. Chaque observateur pense que l’autre a une montre lente.
L’autre chose à garder à l’esprit est que la relativité restreinte ne s’applique pas à l’échelle mondiale lorsque des choses comme la gravité et l’énergie noire entrent en jeu. Pour cela, vous avez besoin de la relativité générale, mais les résultats sont sensiblement les mêmes. Dans le cas des galaxies lointaines, elles ne s’éloignent pas rapidement de nous à travers l’espace comme une fusée. Au lieu de cela, l’espace lui-même s’étend entre nous et ces galaxies. Du fait de cette expansion cosmique, leur lumière est décalée vers le rouge, d’où leur décalage vers le rouge élevé. Cette expansion cosmique allonge également le temps apparent entre les tics et les tacs, ce qui fait que le rythme du temps dans ces galaxies nous semble plus lent.
Pour cette raison, l’une des prédictions de la cosmologie est que lorsque nous regardons des objets éloignés, scrutant l’univers profond et passé, le temps devrait sembler se déplacer plus lentement. De notre point de vue, le temps était plus lent dans l’univers primitif. Beaucoup plus lent.
Aussi étrange que cela soit, nous avons des preuves à l’appui. Lorsque nous regardons des supernovae distantes, nous voyons un effet de dilatation du temps. Les supernovae de type Ia sont utilisées comme bougies standard car elles ont une luminosité maximale constante, mais elles ont également une courbe de lumière constante, ce qui signifie qu’elles s’éclaircissent et s’estompent toutes sur une période de temps similaire. Les astronomes ont montré que plus une supernova de type Ia est éloignée, plus sa courbe de lumière est allongée. En d’autres termes, il faut plus de temps à une supernova éloignée pour s’éclaircir et s’estomper qu’à une supernova plus proche. Le temps semble ralentir avec la distance.
Selon le modèle cosmologique standard, cette corrélation entre la dilatation de la distance et du temps devrait être maintenue jusqu’au fond diffus cosmologique. Et bien que toutes les preuves que nous avons rassemblées soutiennent cette théorie, nos preuves ont été quelque peu limitées. Les supernovae les plus lointaines que nous ayons observées proviennent d’une époque où l’univers a un peu moins de 4 milliards d’années. Mais une nouvelle étude a prouvé le modèle pour des distances encore plus grandes, grâce aux quasars.
Les quasars sont des noyaux galactiques actifs (AGN) extrêmement puissants alimentés par des trous noirs supermassifs dans les premières galaxies. Ils sont appelés quasars ou objets quasi-stellaires parce qu’ils ont d’abord été découverts sous forme de points lumineux de lumière radio. Les quasars n’émettent pas de lumière en une seule rafale comme les supernovae, mais ils ont une sorte d’horloge de synchronisation. En raison de la vitesse finie de la lumière, il faut un peu de temps pour que les effets se propagent sur toute la durée d’un AGN. De ce fait, les fluctuations de l’intensité d’un quasar dépendent de la taille de l’AGN. Ainsi, les quasars de même taille fluctuent en intensité au même rythme.
Avant cette étude récente, il n’existait aucun moyen de distinguer si les quasars à fluctuation plus lente étaient un effet de la dilatation du temps ou s’il s’agissait simplement d’AGN plus grands. L’équipe a donc examiné 190 quasars distants dans une gamme de longueurs d’onde. Ils ont combiné 20 ans de données recueillies aux longueurs d’onde verte, rouge et infrarouge et ont pu créer une mesure standard du tic-tac des fluctuations des quasars. Quand ils regardaient les quasars par distance, statistiquement il y avait une corrélation. Plus le quasar est éloigné, plus son horloge est lente en moyenne.
L’étude a pu étendre les observations de dilatation du temps jusqu’à l’époque où l’univers n’avait qu’un milliard d’années. De notre point de vue, une seconde de cette époque semble durer cinq secondes. Ceci est en accord avec la relativité générale et le modèle cosmologique standard.
Bien qu’il ne soit pas inattendu, le résultat est une autre merveilleuse façon de nous montrer que nous comprenons l’évolution cosmique. L’espace est vraiment en expansion, alimenté par l’énergie noire, et l’univers a vraiment commencé par un big bang, où le temps a semblé se déplacer beaucoup plus lentement qu’il ne le fait maintenant.
Référence: Goldhaber, Gerson et al. “Paramétrage de l’étirement de l’échelle de temps des courbes de lumière en bande B de supernova de type Ia.” Le Journal Astrophysique 558.1 (2001): 359.
Référence: Lewis, Geraint F. et Brewer, Brendon J. “Détection de la dilatation temporelle cosmologique des quasars à décalage vers le rouge élevé.” Astronomie naturelle (2023).
