À quelle vitesse l'univers se développe-t-il?

Les équipes Hubble et Gaia se réunissent pour faire la mesure la plus précise aujourd'hui

Dans les années 1920, Edwin Hubble a fait une découverte révolutionnaire - il s'est avéré que l'univers est en expansion. Initialement, cet état de choses était prédit par la théorie générale de la relativité d'Einstein. La vitesse de cette expansion est appelée la constante de Hubble . À ce jour, avec l'aide de télescopes modernes - tels que le télescope Hubble - les astronomes ont de nouveau mesuré et révisé cette valeur à plusieurs reprises.

Ces mesures ont confirmé que le taux d'expansion a augmenté au fil du temps, bien que les scientifiques ne sachent pas pourquoi. Des mesures récentes ont été effectuées par une équipe internationale de scientifiques qui ont utilisé des données de Hubble, puis les ont comparées avec des données obtenues à l'observatoire Gaia de l'Agence spatiale européenne. En conséquence, les mesures les plus précises de la constante de Hubble à ce jour ont été obtenues, ce qui n'a toutefois pas supprimé les questions sur l'accélération spatiale.

Une étude décrivant ces découvertes a été publiée en juillet dans le Astrophysical Journal, intitulée: "Les normes céphéides de la voie lactée pour mesurer la distance cosmique et leur application à Gaia DR2: implications pour la constante de Hubble". L'étude a impliqué des scientifiques du Space Research Institute utilisant le télescope spatial, l'Université Johns Hopkins, le National Institute of Astrophysics, l'Université de Californie à Berkeley, l'Université Texas A&M et l'European Southern Observatory.


Trois étapes de mesure de la constante de Hubble: mesure de la parallaxe pour les céphéides, mesure des galaxies contenant des céphéides et des supernovae de type Ia, mesure des galaxies éloignées contenant des supernovae de type Ia.

Depuis 2005, Adam Riess , lauréat du prix Nobel travaillant avec le Space Research Institute en utilisant le télescope spatial et les universités Johns Hopkins, travaille à affiner la valeur de la constante de Hubble, améliorant et améliorant le processus de construction de l' escalier spatial des distances . Avec leur équipe, connue comme «utilisant la supernova H0 pour calculer l'équation d'état» ( Supernova H0 pour l'équation d'état , SH0ES), ils ont réussi à réduire l'erreur de mesure du taux d'expansion de l'univers à 2,2%.

En détail, les astronomes ont traditionnellement utilisé l'échelle de distance en astronomie, ou l'échelle de distance, pour mesurer les distances à des objets éloignés dans l'univers. Il est construit sur la base de jalons tels que les étoiles variables Cepheid - étoiles pulsantes, dont la distance peut être calculée en comparant leur luminosité absolue avec visible [et la luminosité absolue peut être calculée en fonction de la période d'ondulation / env. trad.]. Ces mesures sont ensuite comparées au décalage vers le rouge de la lumière provenant de galaxies éloignées pour déterminer la vitesse à laquelle l'espace entre les galaxies se dilate.

La constante de Hubble en dérive également. Une autre méthode consiste à observer le rayonnement relique et à suivre l'expansion de l'Univers primitif - quand environ 378 000 ans se sont écoulés depuis le Big Bang - dont la vitesse d'expansion moderne est dérivée à l'aide de la physique et de l'extrapolation. Ensemble, ces méthodes devraient fournir un calendrier pour l'expansion de l'Univers depuis le tout début jusqu'à nos jours.

Cependant, les astronomes savent depuis longtemps que ces deux mesures ne coïncident pas. Dans une étude précédente , lorsque Riess et l'équipe ont également mené des recherches à l'aide du télescope Hubble, ils ont obtenu une valeur constante de 73 km / s / Mpc. Pendant ce temps, les résultats obtenus à partir des mesures de l'Observatoire Planck (qui a observé le rayonnement relique de 2009 à 2013) suggèrent que la constante de Hubble devrait être de 67 km / s / Mpc, et certainement pas plus de 69 - et c'est une différence d'autant que 9%


Rayonnement relique en pseudo couleurs

Comme Riess l'a noté dans un récent communiqué de presse de la NASA:

La tension est devenue une véritable incompatibilité de notre idée de l'Univers ancien et tardif. Il est devenu clair que ce n'était plus le résultat d'une terrible erreur dans l'une des dimensions. C’est comme si vous prédisiez la croissance d’un enfant en fonction du calendrier de croissance des gens, et que vous constatiez ensuite qu’après avoir mûri, il a largement dépassé les attentes. Nous sommes complètement déconcertés.

Dans ce cas, Riss et ses collègues ont utilisé le télescope Hubble pour estimer la luminosité des Céphéides éloignés, et Gaia a fourni des données de parallaxe - le changement apparent de l'emplacement d'un objet en fonction de son point de vue - nécessaires pour déterminer la distance. L'autre contribution de Gaia a été la mesure de distances allant jusqu'à 50 céphéides de la voie lactée, qui ont été combinées avec des mesures de Hubble.

Cela a permis aux astronomes de calibrer plus précisément les Céphéides et d'utiliser celles qui se trouvent en dehors de la Voie lactée comme marqueurs. En utilisant les mesures obtenues de Hubble et de nouvelles données de Gaia, Riss et ses collègues ont pu affiner la valeur mesurée de la vitesse d'expansion à 73,5 km / s / Mpc.


Le satellite Gaia de l'Agence spatiale européenne remplit actuellement sa mission de cinq ans pour construire une carte des étoiles de la Voie lactée.

Stefano Casertano du Space Telescope Space Research Institute et membre de l'équipe SH0ES a ajouté:

Hubble est étonnamment bon pour servir d'observatoire à usage général, mais Gaia est le nouveau standard pour l'étalonnage de distance. Il est spécialement conçu pour mesurer la parallaxe - il a été développé pour cela. Gaia offre de nouvelles possibilités pour recalibrer toutes les distances mesurées précédentes et confirme nos travaux antérieurs. Nous obtenons la même valeur pour la constante de Hubble, en remplaçant tous les étalonnages précédents de l'échelle de distance par les seules valeurs de parallaxe obtenues à partir de Gaia. Il s'agit d'une contre-vérification de deux observatoires puissants et précis.

À l'avenir, Riess et son équipe espèrent continuer à travailler avec Gaia pour réduire l'erreur associée à la constante de Hubble à 1% d'ici le début des années 2020. Pendant ce temps, l'écart entre le taux d'expansion actuel et celui obtenu à partir des données du CMB continuera d'étonner les astronomes.

En fin de compte, cela peut être un signe que d'autres physiques fonctionnent dans l'Univers, que la matière noire n'interagit pas avec la matière normale comme les scientifiques le soupçonnent, ou que l'énergie sombre peut se révéler encore plus exotique qu'on ne le pensait auparavant. Quelle qu'en soit la raison, force est de constater que l'Univers nous réserve encore des surprises!