L'anomalie de Pioneer et l'expansion accélérée de l'univers

En 1996, alors que les sondes spatiales Pioneer 10 et 11 étaient respectivement 2 et 4 fois plus éloignées de la Terre que Pluton, les chercheurs du JPL qui analysaient leurs signaux découvrirent que les deux sondes s'enfonçaient dans l'espace à une vitesse inférieure aux estimations. Ce phénomène sera baptisé "l'anomalie de Pioneer". Dans le cas de Pioneer 10, chaque année, la sonde accuse un retard sur sa position théorique de 5000 km.

Tentatives d'explications

Les physiciens ont tout d'abord pensé que ce ralentissement pouvait être provoqué par un changement physique inconnu survenu dans les vaisseaux eux-mêmes (panne, anomalie) qui aurait pour effet d'augmenter leur traînée ou des erreurs dans les protocoles utilisés pour les suivre à la trace. D'autres ont carrément suggéré que la théorie de la gravitation devait être modifiée pour tenir compte de cet effet.

Plus récemment, des physiciens ont suggéré que l'anomalie de Pioneer serait liée à l'effet Creil, un phénomène proche de l'effet Raman (diffusion inélastique de la lumière) qui est susceptible à grande échelle d'induire des décalage Doppler. Mais cette théorie est peu supportée car elle impose un milieu assez dense et beaucoup d'interactions. La raison de l'anomalie restait donc en suspens.

Jusqu'à présent les ingénieurs du JPL ont réfuté toutes les théories proposées et aucune explication conventionnelle ne peut expliquer l'anomalie de Pioneer.

L'effet de l'expansion accélérée de l'univers

Dans un article publié dans la Physical Review D le 4 septembre 2012, l'astronome et physicien Sergei Kopeikin de l'Université de Missouri-Columbia (MU) a déclaré que "Mes études suggèrent que cette soi-disant anomalie de Pioneer n'a rien d'étrange. La confusion peut s'expliquer par l'effet de l'expansion de l'univers sur le déplacement des photons dont sont constituées les ondes radios". Cette explication mérite quelques commentaires.

Des ondes radios émises par le réseau DSN de la NASA ont été captées et renvoyées par les sondes spatiales Pioneer. Le temps qu'il fallut pour que les photos (ondes électromagnétiques) effectuent l'aller-retour a permis de calculer le déplacement, la distance et la vitesse des sondes spatiales.

Les travaux de Kopeikin suggèrent que les photons se déplacent plus rapidement que la théorie de Newton le prédit du fait de l'apparente décélération alors que les deux sondes se déplaçaient dans l'espace à la vitesse prédite par cette théorie.

Mais selon les dernières recherches en cosmologie, l'Univers serait en expansion continue et donc accélérée et ce phénomène altère les observations faites à partir de la Terre, notamment les mesures des photons renvoyés par les sondes spatiales, donnant l'impression que les sondes Pioneer ont ralenti.

Jusqu'à présent toutes les recherches se sont focalisées sur des explications mécaniques pour expliquer l'anomalie de Pioneer, telle que la chaleur émise par les générateurs électriques des sondes qui les ont repoussés en arrière. Toutefois écrit Kopeikin "ces phénomènes n'expliquent que 15 à 20% de la décélération observée, alors que les équations de l'électromagnétisme expliquent les 80-85% restants."

En guise de conclusion

A l'heure actuelle, la théorie du Big Bang reste le modèle Standard de la cosmologie moderne. Il souffre toutefois de quelques faiblesses voire de lacunes dont les plus importantes sont son incapacité à expliquer la nature de l'énergie sombre et les raisons de l'accélération de l'expansion de l'univers, sans parler qu'il est incapable d'expliquer la naissance de l'Univers et ce qui s'est produit à l'ère de Planck.
Ce modèle d'Univers devra donc être amendé avec des théories plus satisfaisantes et sans doute plus exotiques mêlant notamment la relativité générale et la physique quantique.

Sachant cela les physiciens doivent être prudents quand ils considèrent la propagation de la lumière dans un univers en expansion, car il affecte des interactions qui ne sont pas prises en compte dans les autres équations. Ainsi, l'expansion de l'univers touche les photons mais n'a aucune influence sur le déplacement des planètes ou des électrons dans les atomes. "Mesurer précisément les paramètres physiques de l'Univers nous aide à formuler les bases d'un future exploration de l'espace interstellaire", explique Kopeikin. "Discerner l'effet de l'expansion de l'univers sur la lumière est important pour comprendre les fondements de l'espace et du temps. Cette étude fait partie d'un plus vaste projet qui pourrait influencer la physique de demain."