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En 1998, Saul Perlmutter, Adam Riess et leurs équipes, mettent en évidence l’accélération de l’expansion de l’Univers. Depuis, le taux d’expansion — conféré par l’analyse de la constante de Hubble — a été mesuré plusieurs fois par les cosmologues. Une divergence de mesures est vite apparue entre les différentes missions d’observation ; et d’ordre général, les dernières mesures ont révélé une accélération plus rapide que ne le prévoyaient les modèles. Cependant, récemment, une nouvelle mesure effectuée grâce au télescope Hubble a donné une valeur cette fois-ci plus basse. Loin d’apaiser la situation, cette mesure renforce la confusion des cosmologues.

De nouvelles observations effectuées à l’aide du télescope spatial Hubble indiquent un taux d’expansion de l’Univers d’un peu moins de 70 km/s/Mpc (mégaparsec). Ce taux d’expansion est légèrement plus bas que les mesures précédentes effectuées par Hubble et le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne (ESA), qui indiquaient 73.5 km/s/Mpc. Une autre mesure antérieure réalisée par le satellite Planck de l’ESA indiquait, elle, 67.4 km/s/Mpc.

Pour mesurer le taux d’expansion de l’univers — donné par la constante de Hubble — les astronomes examinent généralement les étoiles et les galaxies pour déterminer leur vitesse de récession. La mesure de Planck, par contre, est basée sur le fond diffus cosmologique. En recherchant ces échos du Big Bang, Planck a fourni des indices sur ce à quoi ressemblait l’Univers à ses débuts et a permis de prédire comment il a pu probablement évoluer pour atteindre son taux d’expansion actuel.

Constante de Hubble : un paramètre cosmologique crucial

La nouvelle étude remet en question certaines hypothèses concernant l’Univers, qui ont à leur tour formé les modèles actuels concernant l’âge de l’Univers, son origine et son évolution dans le temps. « La constante de Hubble est le paramètre cosmologique qui définit l’échelle, la taille et l’âge absolus de l’univers » déclare Wendy Freedman, cosmologue à l’Université de Chicago et auteure principale de la nouvelle étude. « C’est l’un des moyens les plus directs de quantifier l’évolution de l’Univers ».

mesures constante hubble

Graphique indiquant quelques mesures de la constante de Hubble réalisées au cours des dernières années. D’importantes divergences existent entre les différentes valeurs. Cela pourrait être dû à une mauvaise compréhension des incertitudes de mesure, ou bien à un défaut dans le modèle cosmologique standard. Crédits : Ana Aceves/Monica Young

« Cette nouvelle preuve suggère que le jury n’a toujours pas déterminé s’il existait une raison immédiate et convaincante de croire qu’il y a quelque chose de fondamentalement défectueux dans notre modèle actuel de l’Univers ».

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Plus tôt en 2001, Freedman avait dirigé une autre étude utilisant des étoiles éloignées appelées variables Céphéides pour mesurer la constante de Hubble à 72 km/s/Mpc. Les variables Céphéides sont des étoiles à pulsations dont la luminosité varie rapidement dans le temps, et les astronomes peuvent déterminer leurs distances par rapport à la Terre en fonction de leur luminosité changeante.

Une nouvelle méthode de mesure de la constante de Hubble

Cependant, cette nouvelle étude a utilisé des étoiles géantes rouges dans les galaxies voisines pour mesurer le taux d’expansion. Les géantes rouges sont des étoiles non variables qui atteignent toutes la même luminosité maximale vers la fin de leur cycle de vie. Mesurer la luminosité des étoiles géantes rouges à ce stade d’évolution stellaire peut aider les cosmologues à déterminer leur distance. Les détails ont été publiés dans la revue The Astrophysical Journal.

Sur le même sujet : L’expansion de l’Univers est bien plus rapide que prévu, et les modèles doivent encore être ajustés

geantes rouges expansion

Galaxies sélectionnées dans le cadre du programme du télescope spatial Hubble pour mesurer le taux d’expansion de l’univers, appelé constante de Hubble. La valeur est calculée en comparant les distances des galaxies à la vitesse apparente de récession depuis la Terre (en raison des effets relativistes de l’expansion de l’espace). En comparant la luminosité apparente des étoiles géantes rouges des galaxies avec celle des géantes rouges proches, dont les distances ont été mesurées à l’aide d’autres méthodes, les astronomes sont en mesure de déterminer la distance qui sépare chacune des galaxies hôtes. Cela est possible parce que les géantes rouges sont des marqueurs fiables, car elles atteignent toutes la même luminosité maximale au cours de leur fin de vie. Et cela peut être utilisé comme une chandelle standard pour calculer la distance. Crédits : Hubble

L’équipe de Freedman a choisi cette approche différente pour mesurer la constante de Hubble, dans l’espoir de comprendre pourquoi les mesures antérieures utilisant d’autres méthodes étaient si inconsistantes. « Notre idée initiale était que s’il y avait un problème à résoudre entre les Céphéides et le fond diffus cosmologique, alors la méthode de la géante rouge pourrait être décisive » explique Freedman.

« Naturellement, des questions se posent quant à savoir si la divergence provient d’un aspect que les astronomes ne comprennent pas encore au sujet des étoiles que nous mesurons, ou si notre modèle cosmologique de l’univers est encore incomplet. Ou peut-être faut-il améliorer les deux » conclut Freedman.

Sources : Hubble

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