L'analyse réalisée par le groupe ouvre la voie à de meilleures mesures à l'avenir à l'aide de télescopes provenant d'un réseau de télescopes Cherenkov.En utilisant les technologies et les méthodes les plus modernes, l'équipe d'astrophysiciens de l'Université Clemson a ajouté une nouvelle approche pour quantifier l'une des lois les plus fondamentales de l'Univers.
Les scientifiques de Clemson, Marco Agello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli et Dieter Hartmann, ainsi que six autres scientifiques du monde entier, ont développé une nouvelle dimension de la constante de Hubble - l'unité de mesure utilisée pour décrire la vitesse d'expansion de l'Univers.
"La cosmologie est une compréhension de l'évolution de notre univers: comment il s'est développé dans le passé, ce qu'il fait maintenant et ce qui se passera dans le futur", a déclaré Agello, professeur agrégé de physique et d'astronomie au College of Science. - Nos connaissances sont basées sur un certain nombre de paramètres, dont la constante de Hubble, que nous nous efforçons de mesurer le plus précisément possible. Dans cet article, notre équipe a analysé les données obtenues à partir de télescopes orbitaux et au sol pour obtenir l'une des dernières mesures de la vitesse d'expansion de l'Univers. »
Le concept d'un univers en expansion a été avancé par l'astronome américain Edwin Hubble (1889-1953). Au début du 20e siècle, Hubble a été l'un des premiers astronomes à conclure que l'univers est composé de nombreuses galaxies. Ses recherches ultérieures ont conduit à la découverte la plus célèbre: les galaxies s'éloignent les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance.
Hubble a initialement estimé un taux d'expansion de 500 kilomètres par seconde par mégaparsec, le mégaparsec équivalant à environ 3,26 millions d'années-lumière. Hubble a conclu qu'une galaxie située à deux mégaparsèques de notre galaxie est deux fois plus rapide qu'une galaxie d'une seule mégaparsec. Cette estimation est connue sous le nom de constante de Hubble, ce qui prouve pour la première fois que l'univers est en expansion.
Grâce à l'amélioration constante des technologies, les astronomes sont arrivés à des mesures qui diffèrent considérablement des calculs initiaux de Hubble - ralentissant la vitesse d'expansion à 50-100 kilomètres par seconde par mégaparsec. Et au cours de la dernière décennie, des instruments de pointe tels que le satellite de Planck ont considérablement amélioré la précision des mesures initiales de Hubble.
Dans un article intitulé «Une nouvelle mesure de la constante et de la substance de Hubble dans l'univers utilisant l'atténuation de fond extragalactique du rayonnement gamma», le groupe a comparé les dernières données sur l'atténuation des rayons gamma en utilisant le télescope spatial Fermi et les télescopes atmosphériques de Cherenkov pour développer leurs estimations sur la base de modèles. lumière de fond extragalactique. Cette nouvelle stratégie a permis de mesurer environ 67,5 kilomètres par seconde par mégaparsec.
Les rayons gamma sont la forme de lumière à énergie la plus élevée. La lumière de fond extragalactique (EBL) est un brouillard cosmique composé de toute la lumière ultraviolette, visible et infrarouge émise par les étoiles ou la poussière à proximité. Lorsque les rayons gamma et l'EBL interagissent, ils laissent une empreinte notable - une perte progressive de flux, que les scientifiques ont pu analyser lors de la formulation de leur hypothèse.
Les scientifiques Marco Ajello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli et Dieter Hartmann, ainsi que six autres scientifiques du monde entier, ont développé une nouvelle dimension pour la constante de Hubble."La communauté astronomique investit beaucoup d'argent et de ressources dans la création d'une cosmologie précise avec de nombreux paramètres différents, y compris la constante de Hubble", a déclaré Dieter Hartmann, professeur de physique et d'astronomie. - Notre compréhension de ces constantes fondamentales a défini l'Univers tel que nous le connaissons maintenant. Lorsque notre compréhension des lois devient plus précise, notre définition de l'univers devient également plus précise, conduisant à de nouvelles idées et découvertes. »
Une analogie commune pour l'expansion de l'Univers est un ballon en pointillé, chaque point représentant une galaxie. Lorsque le ballon est gonflé, les taches se dispersent de plus en plus.
"Certains théoriciens suggèrent que le ballon va se développer à un moment précis et puis s'effondrer à nouveau", a déclaré Desai, un étudiant diplômé au Département de physique et d'astronomie. "Mais la croyance la plus courante est que l'Univers continuera à se développer jusqu'à ce que tout soit si éloigné qu'il n'y aura plus de lumière observée." À ce moment, l'univers subira une mort froide. Mais nous n'avons rien à craindre. Si cela se produit, alors dans des milliards d'années. "
Mais si l'analogie avec le ballon est correcte, alors qu'est-ce que le ballon gonfle exactement?
"La matière, ce sont les étoiles, les planètes, même nous ne sommes qu'une petite partie de la composition globale de l'Univers", a expliqué Agello. - La majeure partie de l'univers est constituée d'énergie noire et de matière noire. Et nous pensons que cette énergie sombre "gonfle un ballon". L'énergie sombre sépare les choses. La gravité, qui attire les objets les uns vers les autres, est une force plus forte au niveau local, de sorte que certaines galaxies continuent de se heurter. Mais à des distances cosmiques, l'énergie sombre est la force dominante. »
«C'est formidable d'utiliser des rayons gamma pour étudier la cosmologie. Notre méthodologie nous permet d'utiliser une stratégie indépendante - une nouvelle méthodologie indépendante de celles existantes - pour mesurer les propriétés les plus importantes de l'univers, a déclaré Dominguez, qui est également chercheur au sein du groupe Agello. - Nos résultats montrent la maturité atteinte au cours de la dernière décennie dans le domaine de l'astrophysique des hautes énergies. L'analyse que nous avons développée ouvre la porte à de meilleures mesures à l'avenir en utilisant un réseau de télescopes Cherenkov, qui est toujours en cours de développement et sera le réseau le plus ambitieux de télescopes à haute énergie au sol jamais. »
Beaucoup de ces méthodes utilisées dans cet article sont cohérentes avec les travaux antérieurs effectués par Agello et ses collègues. Dans un projet antérieur paru dans le magazine Science, Agello et son équipe ont pu mesurer toute la lumière des étoiles jamais émise dans l'histoire de l'univers.
«Nous savons que les photons gamma provenant de sources extragalactiques se déplacent dans l'Univers vers la Terre, où ils peuvent être absorbés lorsqu'ils interagissent avec les photons de la lumière des étoiles», a déclaré Agello. - La vitesse d'interaction dépend de la durée de leur voyage dans l'univers. Et la longueur qu'ils traversent dépend de l'extension. Si l'expansion est petite, ils se déplacent sur une courte distance. Si l'expansion est importante, ils parcourent une très grande distance. Ainsi, la quantité d'absorption que nous avons mesurée dépendait beaucoup de la valeur de la constante de Hubble. Ce que nous avons fait, c'est de le changer et de l'utiliser pour limiter le taux d'expansion de l'univers. »
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