L’observation la plus précise à ce jour d’étoiles lointaines qui changent périodiquement de luminosité peut inciter à repenser la vitesse à laquelle l’univers s’étend, résolvant ou approfondissant peut-être un problème de longue date en cosmologie.
L’observation confirme une disparité qui existe entre les deux principales méthodes de mesure de la rapidité l’univers se répand, conforme à l’un mais pas à l’autre, rapporte une nouvelle étude.
Les chercheurs du groupe Stellar Standard Candles and Distances ont utilisé les données recueillies par le Gaïa vaisseau spatial pour étudier Étoiles variables céphéides, qui pulsent régulièrement, permettant de mesurer avec précision les distances cosmiques. La technique de mesure des étoiles céphéides étend d’autres méthodes, comme celle basée sur les observations de type 1a supernovae.
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Le rendement lumineux des supernovae, gigantesques explosions qui se produisent tard dans la vie des grandes étoiles, est si uniforme qu’elles sont connues sous le nom de “bougies standard” et forment une partie importante de ce que les astronomes appellent “l’échelle de distance cosmique”. La méthode de mesure de la distance des étoiles céphéides ajoute un autre “échelon” à cette échelle métaphorique, et cette nouvelle recherche a renforcé cet échelon.
“Nous avons développé une méthode qui recherchait les Céphéides appartenant à des amas d’étoiles constitués de plusieurs centaines d’étoiles en testant si les étoiles se déplacent ensemble à travers le voie Lactéeco-auteur de l’étude Richard Anderson, physicien à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse, dit dans un communiqué (s’ouvre dans un nouvel onglet).
“Grâce à cette astuce, nous avons pu tirer parti des meilleures informations des mesures de parallaxe de Gaia tout en bénéficiant du gain de précision fourni par les nombreuses étoiles membres du cluster”, a déclaré Anderson. “Cela nous a permis de pousser la précision des parallaxes de Gaia à la limite et fournit la base la plus solide sur laquelle l’échelle de distance peut reposer.”
L’échelle de distance cosmique est également utilisée pour mesurer le taux d’expansion de l’univers, connu sous le nom de constante de hubble. Ce nouveau recalibrage du « barreau » des Céphéides approfondit un problème de vitesse d’expansion de l’univers, connu sous le nom de « stress de Hubble ».
Qu’est-ce que la contrainte de Hubble ?
Au début du XXe siècle, des ondes de choc ont balayé la physique et l’astronomie lorsque edwin hubble a découvert la preuve que l’univers n’est pas statique, comme on le croyait à l’époque, mais qu’il est en fait en expansion. Par conséquent, ce taux d’expansion est devenu connu sous le nom de constante de Hubble.
Ce concept a subi un bouleversement majeur à la fin des années 1990, lorsque les astronomes ont découvert grâce à l’observation de supernovae lointaines que non seulement l’univers est en expansion, mais qu’il l’est. à un rythme rapide. Depuis lors, la mesure de la constante de Hubble est devenue une question épineuse pour les astronomes et les cosmologistes, car il existe deux façons principales de déterminer cette valeur, et elles sont en désaccord.
Une méthode utilise galaxies‘ vitesses en fonction de la distance pour donner une constante de Hubble d’environ 73 ± 1 kilomètres par seconde par mégaparsec (km/s/Mpc), 1 mégaparsec représentant environ 3,26 millions d’années-lumière. C’est ce qu’on appelle la solution du “temps tardif”, car elle provient de mesures de l’univers à une époque récente.
L’autre méthode de mesure de la constante de Hubble examine la lumière d’un événement peu de temps après la Big Bang appelée “la dernière diffusion”, dans laquelle les électrons se sont combinés avec des protons pour former les premiers atomes. Comme les électrons libres avaient auparavant diffusé des photons (particules de lumière) de façon spectaculaire, les empêchant de voyager très loin, cet événement signifiait que la lumière était soudainement autorisée à voyager librement à travers le cosmos.
Cette “première lueur” est maintenant considérée comme la fond cosmique micro-ondes (CMB), et remplit presque uniformément le cosmos, à l’exception de petites variations. Lorsque les astronomes mesurent ces petites variations de ce rayonnement fossile, ils prédisent une valeur moderne pour la constante de Hubble d’environ 67,5 ± 0,5 km/s/Mpc.
Étrangement, les différences entre les deux estimations de la constante de Hubble n’ont fait qu’augmenter à mesure que les techniques de mesure des deux se sont affinées et sont devenues plus précises. Cette différence de 5,6 km/s/Mpc et les problèmes généraux qui l’entourent sont connus sous le nom de “contrainte de Hubble”. C’est un problème sérieux pour les cosmologistes, car cela suggère qu’il y a quelque chose qui ne va pas dans notre compréhension des lois physiques fondamentales qui régissent l’univers.
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Les variables céphéides choisissent un côté
Anderson a expliqué pourquoi une différence de quelques km/s/Mpc dans la constante de Hubble est importante, même compte tenu de la grande échelle de l’univers. (La largeur du cosmos observable à lui seul est estimée à environ 29 000 MPC.)
“Cet écart est d’une grande importance”, a déclaré Anderson. “Supposez que vous vouliez construire un tunnel en creusant deux versants opposés d’une montagne. Si vous avez bien compris le type de roche et si vos calculs sont corrects, alors les deux trous que vous creusez se rencontreront au centre. Mais s’ils non, cela veut dire qu’il a fait une erreur, ou que ses calculs sont faux, ou qu’il se trompe sur le type de roche.”
Anderson a déclaré que cela est analogue au stress de Hubble et à ce qui arrive à la constante de Hubble.
“Plus nous recevons de confirmation que nos calculs sont exacts, plus nous pouvons conclure que l’écart signifie que notre compréhension de l’univers est erronée, que l’univers n’est pas exactement comme nous le pensions”, a-t-il ajouté.
L’étalonnage amélioré de l’outil de mesure variable Cepheid signifie que cette technique “prend enfin parti” dans le débat sur le stress de Hubble, fournissant un accord avec la solution “tardive”.
“Notre étude confirme le taux d’expansion de 73 km/s/Mpc, mais plus important encore, elle fournit également les étalonnages les plus précis et les plus fiables des céphéides en tant qu’outils de mesure de distance à ce jour”, a déclaré Anderson. “Cela signifie que nous devons repenser les concepts de base qui forment la base de notre compréhension générale de la physique.”
Les résultats de l’équipe ont également d’autres implications. Par exemple, l’étalonnage plus précis de Cepheid aide également à mieux révéler la forme de notre galaxie, ont déclaré les membres de l’équipe d’étude.
“Parce que nos mesures sont si précises, elles nous donnent une idée de la géométrie de la Voie lactée”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Mauricio Cruz Reyes, Ph.D. étudiant dans le groupe de recherche d’Anderson, a-t-il déclaré dans le même communiqué. “haute précision étalonnage (s’ouvre dans un nouvel onglet) que nous avons développé nous permettra de mieux déterminer la taille et la forme de la Voie lactée en tant que galaxie à disque plat et sa distance par rapport aux autres galaxies, par exemple.”
La nouvelle étude a été publiée la semaine dernière dans la revue Astronomie et astrophysique (s’ouvre dans un nouvel onglet).
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