Une nouvelle étude vient de permettre de mesurer la constante de Hubble (H0) d’une manière totalement indépendante des deux précédentes méthodes. Le modèle standard de la cosmologie en est remis en question.

La constante de Hubble correspond à la proportionnalité qui existe aujourd’hui entre distance et vitesse de récession apparente des galaxies, dans l’univers observable. Elle est liée à la Loi de Hubble (décrivant l’expansion de l’Univers), en donnant le taux d’expansion actuel de l’univers. Bien que constante fasse partie de sa dénomination, ce paramètre cosmologique varie en fonction du temps. La constante de Hubble décrit donc le taux d’expansion de l’univers à un instant donné.

Une nouvelle étude vient de permettre de mesurer la constante de Hubble (H0), d’une manière totalement indépendante des deux précédentes méthodes (qui sont en désaccord entre elles) : l’une d’entre elles utilisait les céphéides et les supernovas, tandis que l’autre se reposait sur la mesure du fond diffus cosmologique. Mais le nouveau résultat donne une valeur de Hd’une précision extrême. Les précédentes mesures ainsi que le modèle standard de cosmologie sont donc à nouveau en difficulté avec cette nouvelle étude et ces résultats.

L’étude a été menée par une équipe issue d’une collaboration internationale, appelée HoLiCOW (H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring). Afin de mesurer la constante de Hubble, H0, l’équipe a mis en place une méthode innovante : exploiter le phénomène relativiste de lentilles gravitationnelles produites par des galaxies, qui génèrent un dédoublement des images de quasars situés à grande distance, en arrière-plan. De ce fait, l’équipe s’est basée sur cinq différents types de lentilles gravitationnelles (voir image de titre).

En fait, comme ces cinq galaxies massives étudiées ne sont pas totalement symétriques et que les quasars d’arrière-plan ne sont pas parfaitement alignés, les multiples images apparaissant autour des galaxies massives, démontrent bel et bien le même objet astrophysique, démultiplié, mais avec un décalage temporel (car le chemin parcouru par la lumière n’est pas exactement le même). Étant donné que les quasars situés en arrière-plan proposent des images multiples d’objets émettant des rayonnements bien définis dans le temps, il est facile de mesurer l’écart temporel existant entre chaque image générée par l’effet de lentille gravitationnelle d’un même quasar.

L’écart temporel, dépend directement de la valeur de la constante de Hubble. Pour mener à bien leur recherche, l’équipe de HoLiCOW a utilisé de nombreux télescopes du monde entier : les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA,  le télescope japonais Subaru, les télescopes américains Keck et Gemini, le Very Large Telescope (VLT) européen, les télescopes Victor Blanco, le Canada-France-Hawaï, le Leonhard Euler Telescope de 1,2 m, et également un télescope de 2,2 m de l’ESO/MPG. Tous les détails des résultats de l’équipe sont publiés sous forme de 6 articles dans le Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

lentille gravitationnelles quasar

HE0435-1223 est l’un des cinq meilleurs quasars à lentille gravitationnelle, découverts à ce jour. La galaxie en premier plan, crée quatre images presque uniformément réparties du quasar situé en arrière-plan. Crédits : ESA/Hubble/NASA

L’équipe, menée par Sherry Suyu du Max Planck Institute for Astrophysics, est parvenue à fournir une valeur pour H0 qui est de 71.9±2.7 km/s/Mpc, avec une précision de 3,8%. L’année dernière, H0 avait été réévaluée par une équipe à l’aide de mesures de distances de céphéides et de supernovas et trouvait alors 73.24±1.74 km/s/Mpc, en contradiction avec la valeur déduite en 2015 des mesures du fond diffus cosmologique par le satellite Planck, qui donnait un résultat de 66.93±0.62 km/s/Mpc.

Et ce qui est important concernant cette nouvelle mesure, c’est qu’elle est totalement indépendante des deux autres méthodes utilisées précédemment. De plus, les mesures des céphéides et des supernovas se retrouvent confortées par ces nouvelles données, car leurs valeurs sont cohérentes. Cependant, le problème est que tout le modèle cosmologique standard se base sur des données déduites des mesures du fond diffus cosmologique, avec une constante de Hubble inférieure de 7%, à celle mesurée dans l’Univers local : comme si la vitesse d’expansion de l’Univers actuel était trop grande, par rapport à ce qu’elle devrait être d’après le modèle cosmologique standard. Selon les spécialistes, la différence inexpliquée pourrait être une nouvelle physique.

Cela fait presque 50 ans que des astrophysiciens souhaitent mettre en oeuvre cette méthode qui permet d’exploiter la mesure du délai temporel de sources lointaines, dont la lumière parcourt des distances différentes, pour estimer H0. Mais jusqu’à présent, celle-ci n’avait encore jamais pu être testée.

Maintenant, les chercheurs d’HoLiCOW souhaitent découvrir plusieurs centaines de lentilles gravitationnelles supplémentaires, possédant les caractéristiques adéquates afin de procéder à de plus amples analyses dans l’optique d’affiner la valeur de la constante de Hubble et atteindre une précision de 1%.

Grâce à ces mesures et à celles qui suivront, nous serons peut-être bientôt en mesure de pouvoir comprendre pourquoi est-ce que l’Univers semble s’expandre de manière plus rapide que ce qui est prévu par le modèle cosmologique standard.

VIDÉO (anglais) : L’étrange univers des lentilles gravitationnelles

Plus sur les lentilles gravitationnelles :

Sources : HoLiCOW/Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (parties IV, V et VI). Les parties I, II et III sont encore à paraître.

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