The universe is much bigger than it looks, according to a study of the latest observations.

When we look out into the Universe, the stuff we can see must be close enough for light to have reached us since the Universe began. The universe is about 14 billion years old, so at first glance it's easy to think that we cannot see things more than 14 billion light years away.

That's not quite right, however. Because the Universe is expanding, the most distant visible things are much further away than that. In fact, the photons in the cosmic microwave background have travelled a cool 45 billion light years to get here. That makes the visible universe some 90 billion light years across.

That's big but the universe is almost certainly much bigger. The question than many cosmologists have pondered is how much bigger. Today we have an answer thanks to some interesting statistical analysis by Mihran Vardanyan at the University of Oxford and a couple of buddies.

Obviously, we can't directly measure the size of the universe but cosmologists have various models that suggest how big it ought to be. For example, one line of thinking is that if the universe expanded at the speed of light during inflation, then it ought to be 10^23 times bigger than the visible universe. [10,000. billion billion times larger, Ed]

Other estimates depend on a number factors and in particular on the curvature of the Universe: whether it is closed, like a sphere, flat or open. In the latter two cases, the Universe must be infinite.

If you can measure the curvature of the Universe, you can then place limits on how big it must be.

It turns out that in recent years, astronomers have various ingenious ways of measuring the curvature of the Universe. One is to search for a distant object of known size and measure how big it looks. If it's bigger than it ought to be, the Universe is closed; if it's the right size, the universe is flat and if it's smaller, the Universe is open.

Astronomers know of one type of object that fits the bill: waves in the early universe that became frozen in the cosmic microwave background. They can measure the size of these waves, called baryonic acoustic oscillations, using space observatories such as WMAP.

There are also other indicators, such as the luminosity of type 1A supernovas in distant galaxies.

But when cosmologists examine all this data, different models of the Universe give different answers to the question of its curvature and size. Which to choose?

The breakthrough that Vardanyan and pals have made is to find a way to average the results of all the data in the simplest possible way. The technique they use is called Bayesian model averaging and it is much more sophisticated than the usual curve fitting that scientists often use to explain their data.

A useful analogy is with early models of the Solar System. With the Earth at the centre of the Solar System, it gradually became harder and harder to fit the observational data to this model. But astronomers found ways to do it by introducing ever more complex systems, the wheels-within-wheels model of the solar system.

We know now that this approach was entirely wrong. One worry for cosmologists is that a similar process is going on now with models of the Universe.

Bayesian model averaging automatically guards against this. Instead of asking how well the model fits the data, its asks a different question: given the data, how likely is the model to be correct. This approach is automatically biased against complex models-it's a kind of statistical Occam's razor.

In applying it to various cosmological models of the universe, Vardanyan and co are able to place important constraints on the curvature and size of the Universe. In fact, it turns out that their constraints are much stricter than is possible with other approaches.

They say that the curvature of the Universe is tightly constrained around 0. In other words, the most likely model is that the Universe is flat. A flat Universe would also be infinite and their calculations are consistent with this too. These show that the Universe is at least 250 times bigger than the Hubble volume. (The Hubble volume is similar to the size of the observable universe.)

That's big, but actually more tightly constrained than many other models.

And the fact that it comes from such an elegant statistical method means this work is likely to have broad appeal. If so, it may well end up being used to fine tune and constraint other areas of cosmology too.

Ref: arxiv.org/abs/1101.5476: Applications Of Bayesian Model Averaging To The Curvature And Size Of The Universe

L'univers est beaucoup plus grand qu'il n'y paraît, d'après une étude des plus récentes observations.

Quand nous regardons dans l'Univers, les choses que nous pouvons voir doivent être suffisamment proches pour que la lumière nous sont parvenues depuis l'Univers a commencé. L'univers est d'environ 14 milliards d'années, donc, à première vue, il est facile de penser que nous ne pouvons pas voir les choses de plus de 14 milliards d'années lumière.

Ce n'est pas tout à fait exact, cependant. Parce que l'Univers est en expansion, les choses les plus lointaines visibles sont beaucoup plus loin que cela. En effet, les photons du fond diffus cosmologique ont parcouru 45 milliards d'années-lumière pour arriver ici. Cela rend l'univers visible quelque 90 milliards d'années lumière de diamètre.

C'est énorme, mais l'univers est presque certainement beaucoup plus grand. La question que beaucoup de cosmologistes ont réfléchi à la façon dont est beaucoup plus grand. Aujourd'hui, nous avons une réponse grâce à une analyse statistique intéressante par Mihran Vardanyan à l'Université d'Oxford et un couple de copains.

De toute évidence, nous ne pouvons pas mesurer directement la taille de l'univers, mais les cosmologistes ont des modèles différents qui suggèrent que la taille qu'il devrait avoir. Par exemple, une ligne de pensée est que si l'univers a progressé à la vitesse de la lumière au cours de l'inflation, alors il devrait être 10 ^ 23 fois plus grand que l'univers visible. [10.000. milliards de millards de fois plus grand, NDLR]

D'autres estimations dépendent d'un certain nombre de facteurs et en particulier de la courbure de l'Univers: si elle est fermée, comme une sphère, plat ou ouvert. Dans les deux derniers cas, l'Univers doit être infini.

Si vous pouvez mesurer la courbure de l'Univers, vous pouvez placer des limites sur la taille qu'il doit être.

Il s'avère que ces dernières années, les astronomes ont différentes façons ingénieuses de mesurer la courbure de l'Univers. La première consiste à rechercher un objet éloigné de taille connue et de mesurer l'ampleur qu'il n'y paraît. Si elle est plus grande qu'elle ne devrait l'être, l'Univers est fermé, si c'est la bonne taille, l'univers est plat et si elle est plus petite, l'Univers est ouvert.

Les astronomes savent d'un type d'objet qui correspond à la facture: des vagues dans l'univers primitif qui est devenu figé dans le fond diffus cosmologique. Elles permettent de mesurer la taille de ces ondes, appelées oscillations baryonique acoustiques, en utilisant les observatoires spatiaux tels que WMAP.

Il y a aussi d'autres indicateurs, tels que la luminosité des supernovae de type 1A dans des galaxies lointaines.

Mais quand les cosmologistes examinent toutes ces données, les différents modèles de l'Univers donnent des réponses différentes à la question de sa courbure et la taille. Lequel choisir ?

La percée qui Vardanyan et ses amis ont fait, c'est de trouver un moyen de faire la moyenne des résultats de toutes les données de la manière la plus simple possible. La technique qu'ils utilisent est appelé modèle bayésien moyenne et il est beaucoup plus sophistiqué que l'ajustement de la courbe d'habitude que les scientifiques utilisent souvent pour expliquer leurs données.

Une analogie utile est avec les premiers modèles du système solaire. Avec la Terre au centre du système solaire, il est progressivement devenu de plus en plus difficile d'ajuster les données d'observation pour ce modèle. Mais les astronomes ont trouvé des moyens de le faire en introduisant des systèmes de plus en plus complexes, le modèle de roues-dans-roues du système solaire.

Nous savons maintenant que cette approche était tout à fait erronnée. Une inquiétude pour les cosmologistes, c'est qu'un processus semblable se passe maintenant avec des modèles de l'Univers.

Le Modèle bayésien en moyenne automatique empêche cela. Au lieu de demander à quel point le modèle s'ajuste bien aux données, on pose une question différente: étant donné ces données, quelle est la probabilité que le modèle soit correct. Cette approche est automatiquement un parti pris contre-modèles complexes, c'est une sorte de rasoir d'Occam statistique.

En l'appliquant à différents modèles cosmologiques de l'univers, Vardanyan et ses collaborateurs sont en mesure d'imposer des contraintes importantes sur la courbure et la taille de l'Univers. En fait, il s'avère que leurs contraintes sont beaucoup plus strictes que ce qui est possible avec d'autres approches.

Ils disent que la courbure de l'Univers est strictement limitée :  autour de 0. En d'autres termes, le modèle le plus probable est que l'Univers est plat. Un univers plat serait infini et leurs calculs sont en accord avec cela aussi. Ceux-ci montrent que l'Univers est au moins 250 fois plus grand que le volume de Hubble. (Le volume Hubble est similaire à la taille de l'univers observable.)

C'est énorme, mais en réalité un encadrement plus serré que de nombreux autres modèles.

Et le fait qu'il provient d'une telle méthode élégante statistique signifie que ce travail est susceptible d'avoir un grand attrait. Si c'est le cas, il se pourrait bien finir par être utilisées pour affiner les zones de contraintes et d'autres de la cosmologie aussi.

Réf: arxiv.org/abs/1101.5476: Applications du modèle bayésien calcul de la moyenne de la courbure et la taille de l'Univers