Selon qu'on adopte l'un ou l'autre des modèles d'univers proposés, le calcul fait prévoir des valeurs différentes pour la vitesse de récession et pour la densité dans l'espace des galaxies lointaines.

Pour des objets très éloignés (par exemple pour ceux dont la vitesse de fuite, calculée d'après l'effet Doppler-Fizeau, est de l'ordre du tiers ou de la moitié de la vitesse de la lumière), la relation distance-décalage cesse d'être linéaire. Elle dépend, en effet, d'un espace qui ne peut plus être considéré comme euclidien, car ses propriétés sont fortement influencées par la densité de masse, donc par la structure de l'univers.

Selon que l'on adopte l'un ou l'autre des modèles d'univers, les relations entre les paramètres observés sur des objets très lointains (décalage vers le rouge, magnitude apparente, diamètre, nombre) ne sont pas identiques ; elles diffèrent même fortement.

Si nous pouvions observer un nombre suffisant d'objets très lointains — à plusieurs milliards d'années-lumière —, les relations entre les paramètres observés apporteraient un élément de réponse au problème de la structure de l'univers.

En 1961, les radio-astronomes découvrirent une radiosource (Bouvier A) qui fut identifiée optiquement avec une galaxie de magnitude 20,5, à la limite de l'observation. L'étude du spectre donna comme distance plus de 4 milliards d'années-lumière. Malgré son intérêt, cette galaxie géante, du fait qu'elle est la seule observable dans cette région éloignée, ne permettait pas d'extrapolation sur le peuplement de l'espace lointain. Il fallait chercher d'autres balises dans l'espace.

Les quasars

On crut les avoir trouvées lorsque — à partir de 1960 — des radiosources qu'on prenait jusqu'alors pour des étoiles de la Voie lactée se révélèrent, d'après leur spectre, comme des objets extrêmement éloignés. Leur décalage vers le rouge est tel que des raies d'émission normalement situées dans l'ultraviolet lointain sont reportées dans le domaine de la lumière visible.

Leur distance se situe — selon le modèle d'univers adopté — entre 5 et 10 milliards d'années-lumière. Il s'agit d'objets bien plus petits que les galaxies connues, bien plus grands que des étoiles, et qui émettent une énergie 50 à 150 fois supérieure à celle que rayonne la totalité de notre Galaxie.

Leur éclat est soumis à des variations considérables et rapides, ce qui suppose d'énormes libérations d'énergie dans des dimensions très petites. La découverte de ces QSS (quasi stellar sources, ou encore quasars) a été suivie de celle des objets stellaires bleus ou QSG (quasi stellar galaxies), qui rayonnent une énergie lumineuse comparable à celle des quasars, mais pas de rayonnement radio.

Les quasars et les objets stellaires bleus posaient une énigme aux astrophysiciens, car en l'état présent de la science on ne connaît pas clairement de processus physique capable de libérer de telles énergies.

Plusieurs hypothèses ont été avancées : explosions en chaîne de supernovae, effondrement gravitationnel au sein de galaxies en formation. De toute façon, étant donné leur éloignement dans l'espace et donc dans le temps, les QSS et les QSG pourraient apporter des informations sur un état antérieur de l'univers. Une grande excitation s'empara des astrophysiciens à l'idée que l'étude des quasars leur permettrait enfin de choisir entre les différents modèles d'univers.

Ces espoirs ont été déçus. D'une part, contrairement à ce qui s'observe pour les galaxies, on n'a pas trouvé de relation entre le décalage vers le rouge du spectre des QSS (qui devrait correspondre à leur distance) et leur éclat apparent, lumineux ou radio (qui devrait décroître avec la distance). D'autre part, le comptage des QSS d'après l'intensité de leur flux apparent a donné des résultats inattendus, qui ne pourraient être compris que si l'on connaissait la structure de l'univers, et ne peuvent donc servir à déterminer cette structure.

Au symposium de l'Union astronomique internationale qui s'est tenu en 1966 à Bourakan (Arménie soviétique), quelques astrophysiciens sont allés jusqu'à se demander si les quasars n'étaient pas tout simplement des radiosources relativement proches de notre Galaxie, le décalage vers le rouge devant alors être expliqué autrement que par l'éloignement.

Rayons centimétriques

Le mystère des QSS et des QSG anime plus que jamais les recherches en cours, mais pour trancher entre les hypothèses cosmologiques, on en revient aux méthodes classiques de comptage des galaxies.