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Un désaccord criant a été observé pendant une grande partie de la décennie. Maintenant, une technique indépendante très attendue que les cosmologues espéraient résoudre le casse-tête ajoute au contraire à la confusion.
En dévoilé le 16 juillet et devant figurer dans le Journal astrophysique, une équipe dirigée par l'astronome Wendy Freedman de l'Université de Chicago, dans l'Illinois, présente une technique qui promettait de remplacer une méthode utilisée par les astronomes depuis plus d'un siècle pour mesurer cette expansion. Mais pour l’instant, leur mesure de la vitesse n’a pas permis de résoudre le conflit, car il se situe à mi-chemin entre les deux valeurs litigieuses.
«L’univers ne fait que jouer avec nous à ce stade, non?» Du papier.
"En ce moment, nous essayons de comprendre comment tout cela s’agence", a déclaré Freedman. La nature. Si la différence de vitesse cosmique n'est pas résolue, cela pourrait signifier que certaines des théories de base utilisées par les cosmologues pour interpréter leurs données – telles que des hypothèses sur la nature de la matière noire – pourraient être fausses. «La physique fondamentale est en jeu», déclare Freedman.
Tachymètre cosmique
L'astronome américain Edwin Hubble et d'autres ont découvert dans les années 1920 que l'Univers est en expansion en montrant que la plupart des galaxies se retirent de la Voie lactée – et plus elles sont éloignées, plus elles se retirent rapidement. Le rapport à peu près constant entre la vitesse et la distance est devenu la constante de Hubble. Pour chaque mégaparsec supplémentaire (environ 3,26 millions d'années lumière) de distance, Hubble a découvert que les galaxies reculaient 500 km / s plus rapidement. La constante de Hubble était donc de 500 dans les unités appropriées, kilomètres par seconde par mégaparsec.
Au fil des décennies, les astronomes ont considérablement révisé à la baisse l'estimation à mesure que les techniques de mesure s'amélioraient. Freedman a été le premier à utiliser le télescope spatial Hubble dans les années 1990 pour mesurer (de manière appropriée) la constante de Hubble et a calculé une valeur d'environ 72 avec une marge d'erreur inférieure à 10%. Une équipe dirigée par le lauréat du prix Nobel Adam Riess de la Johns Hopkins University de Baltimore, dans le Maryland, a effectué les mesures les plus précises à ce jour. Sa dernière valeur est de 74, avec une marge d'erreur de seulement 1,91%..
Mais un effort distinct au cours de la dernière décennie a. Des scientifiques de la mission Planck de l’Agence spatiale européenne ont cartographié le rayonnement relique du Big Bang, appelé fond de micro-ondes cosmique (CMB), et l’ont utilisé pour calculer les propriétés fondamentales de l’Univers. En utilisant des hypothèses théoriques standard sur le cosmos, ils ont calculé la constante de Hubble comme étant 67,8.
La différence entre 67,8 et 74 peut sembler minime, mais elle est devenue statistiquement significative à mesure que les deux techniques se sont améliorées. Ainsi, les théoriciens ont commencé à se demander si le problème résidait dans la théorie classique de la cosmologie, appelée ΛCDM, qui suppose la présence de particules invisibles de matière noire ainsi qu'une force répulsive mystérieuse appelée énergie noire. Mais ils ont eu du mal à trouver un ajustement à la théorie qui pourrait résoudre le problème tout en restant cohérent avec tout ce que l’on sait de l’Univers. "Il est difficile de regarder ΛCDM et de voir où sont les fils lâches, que si vous les tirez, ils le résoudront", déclare Rocky Kolb, cosmologiste à l'Université de Chicago, dans l'Illinois.
La technique de Freedman met à jour un élément clé de la méthode de mesure établie de Hubble – et produit une valeur de 69,8.
La mesure de la constante de Hubble consiste à mesurer de façon fiable les distances des galaxies. La première estimation de Hubble consistait à mesurer les distances de galaxies relativement proches en observant des étoiles brillantes appelées Céphéides. L’astronome Henrietta Swan Leavitt avait découvert au début du XXe siècle que la luminosité réelle de ces étoiles était prévisible. Alors, en mesurant leur luminosité sur les plaques photographiques, elle pouvait calculer la distance qui les séparait. Les astronomes appellent de tels panneaux indicateurs des bougies standard.
Mais les astronomes ont depuis lors essayé de trouver de meilleures bougies standard que les Céphéides, qui ont des limites car elles ont tendance à exister dans des régions encombrées de poussière, ce qui peut fausser les estimations de leur luminosité. «Le seul moyen de faire toute la lumière sur cette question est de disposer de méthodes indépendantes. Jusqu'à présent, nous n'avions aucun contrôle sur les Céphéides», déclare Freedman, qui a passé une grande partie de sa carrière à améliorer la précision et l'exactitude. des mesures de Céphéides. «Elle sait où tous les corps sont enterrés», dit Kolb.
Freedman et ses collègues évitèrent complètement les Céphéides et utilisèrent à la place des géantes rouges comme bougies classiques – de vieilles étoiles devenues bouffées – ainsi que des explosions de supernovae, qui servent de balises pour des galaxies plus lointaines.
Calcul géant
Les géantes rouges sont plus communes que les céphéides et sont faciles à repérer dans les régions périphériques des galaxies, où les étoiles sont bien séparées les unes des autres et où la poussière n'est pas un problème. Leur luminosité varie beaucoup, mais dans l’ensemble, la population d’une géante rouge de la galaxie présente un aspect pratique. La luminosité des étoiles augmente sur des millions d’années jusqu’à atteindre un maximum, puis elle diminue soudainement. Lorsque les astronomes tracent un grand groupe d'étoiles par leur couleur et leur luminosité, les géantes rouges ressemblent à un nuage de points pointus. Les étoiles à ce bord peuvent alors servir de bougies standard.
L’équipe de Freedman a utilisé cette technique pour calculer les distances jusqu’à 18 galaxies et a obtenu une estimation de la constante de Hubble qui, pour la première fois, a une précision comparable à celle des études basées sur Cepheid.
Riess dit que l'étude de la géante rouge repose toujours sur des hypothèses concernant la quantité de poussière dans les galaxies, et en particulier dans le Grand nuage de Magellan, que l'étude a utilisé comme point d'ancrage. "La poussière est très difficile à estimer et je suis sûr qu'il y aura beaucoup de discussions" sur la raison pour laquelle l'approche des auteurs conduit à une estimation plus basse de la constante de Hubble, dit-il.
Le résultat est statistiquement compatible avec la prédiction de Planck et avec le calcul de Riess avec Cepheid – ce qui signifie que les barres d’erreur des calculs se chevauchent – et la précision de la technique s’améliorera à mesure que les données sur les géantes rouges s’accumulent. Ils pourraient battre les Céphéides dans un avenir proche, dit Kolb.
L'aiguille pourrait basculer vers l'une des autres valeurs. Ou bien, cela pourrait rester en place, et les autres techniques pourraient éventuellement y converger. Pour le moment, les cosmologues ont encore de quoi s'interroger.
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