Confusion constante: de nouvelles études approfondissent le mystère de l'expansion de l'univers

Les astronomes mesurant la luminosité des étoiles géantes rouges ont indépendamment déterminé la vitesse de l'expansion de l'univers.

Par Robert Naeye  | Publication: mardi 16 juillet 2019

Les astronomes ont utilisé une méthode de mesure des étoiles géantes rouges pour déterminer la vitesse de l'expansion de l'univers.

Norval Glover / Université de Chicago

Si vous êtes confus par la cosmologie moderne, vous n'êtes pas seul. Les cosmologistes eux-mêmes sont confus et deux nouveaux résultats, utilisant des méthodes très différentes, ajoutent à leur perplexité collective. Les résultats sont des mesures de la vitesse à laquelle l'univers se développe, connue sous le nom de constante de Hubble. Ces dernières années, les astronomes continuent de trouver des réponses étrangement différentes à cette question fondamentale.

Dans une recherche très attendue publiée mardi et prévue pour publication dansL'Astrophysical Journal , un groupe dirigé par Wendy Freedman de l'Université de Chicago, a constaté que notre cosmos s'étend à un taux de 69,8 kilomètres par seconde par mégaparsec, où un mégaparsec équivaut à 3,26 millions d'années-lumière.

Mais dans une autre étude publiée la semaine dernière sur arXiv , un site Web en accès libre, un consortium international connu sous le nom de H0LICOW dirigé par Kenneth Wong de l'Université de Tokyo et Sherry Suyu du Max Planck Institute en Allemagne, a mesuré le taux d'expansion de l'univers à 73,3. kilomètres par mégaparsec.

Les résultats sont proches, mais ils ne correspondent pas exactement à la satisfaction de tous. Les deux équipes ont essentiellement posé de nouveaux jalons dans un domaine qui fait l'objet de controverses depuis des décennies. Et ils alimentent une tension croissante entre les groupes qui utilisent différentes méthodes pour mesurer l'expansion cosmique.
 

Les enjeux sont élevés. De petits changements à la constante de Hubble affectent la meilleure estimation de la science pour l'âge de l'univers par des centaines de millions d'années. Et si les astronomes peuvent clouer la constante de Hubble à la satisfaction de tous, ils pourraient aider à révéler la nature de la mystérieuse énergie sombre qui accélère l'expansion cosmique.

Les astronomes ont utilisé le télescope spatial Hubble pour comparer la luminosité des étoiles géantes rouges éloignées à la luminosité des étoiles voisines. Parce que ces anciennes étoiles ont la même luminosité, les scientifiques peuvent utiliser leur lumière comme une «bougie standard» pour savoir à quelle distance leur galaxie hôte est éloignée de la Terre. Ce résultat peut ensuite être comparé au taux de récession apparent des galaxies, offrant une mesure de la vitesse à laquelle notre univers se développe. Les géants rouges, trouvés dans les halos de leur galaxie, sont représentés ici dans des cercles jaunes.

NASA, ESA, W. Freedman (Université de Chicago), ESO et le Digitized Sky Survey

Une nouvelle mesure

Freedman et son équipe ont utilisé une nouvelle méthode pour déterminer la constante de Hubble. Ils ont utilisé le télescope spatial Hubble et d'autres instruments pour mesurer la luminosité des étoiles géantes rouges les plus brillantes à la périphérie d'autres galaxies. Ces anciens soleils sont des objets relativement simples avec une luminosité presque uniforme et bien connue, de sorte que les astronomes peuvent convertir des mesures de luminosité précises en distances.

Cette méthode diffère des efforts précédents, y compris le projet clé du télescope spatial Hubble de Freedman il y a deux décennies. Au lieu d'étudier les géantes rouges, d'autres équipes ont suivi notre univers en expansion en utilisant des céphéides, qui sont de jeunes étoiles dont la luminosité varie périodiquement. Des mesures récentes utilisant des céphéides ont trouvé la constante de Hubble à environ 73. Et en avril, l'équipe SH0ES, dirigée par le prix Nobel Adam Riess du Space Telescope Science Institute et de l'Université Johns Hopkins, a mesuré un taux de 74. Les

astronomes se seraient attendus à ce que méthodes géantes rouges et céphéides pour donner la même réponse. Mais ils sont juste assez loin pour être cosmologiquement significatifs. La raison de cet écart, explique Riess, est que son groupe et le groupe de Freedman ont utilisé différentes méthodes pour tenir compte des effets d'atténuation de la poussière.

Riess dit que si l'équipe de Freedman avait utilisé la même méthode, leur résultat constant de Hubble correspondrait presque à celui de SH0ES. "Ce résultat me donne en fait plus de confiance dans notre résultat", dit-il.

En contraste, l'équipe H0LICOW utilise une stratégie totalement indépendante qui s'appuie sur la géométrie plutôt que d'observer des étoiles individuelles dans d'autres galaxies. H0LICOW surveille des quasars distants - des trous noirs supermassifs actifs au cœur de grandes galaxies - qui ont été cristallisés par gravitation par des galaxies de premier plan. L'effet de déformation spatio-temporelle de ces galaxies massives crée des lentilles qui divisent la lumière, créant ainsi plusieurs images du même quasar. En conséquence, la lumière de chaque image prend un chemin différent pour atteindre la Terre. En observant les différentes images des quasars scintiller de luminosité au cours des mois et des années, les astronomes H0LICOW ont mesuré une constante de Hubble de 73,3.

«Nos résultats concordent très bien avec ceux de SH0ES», note Suyu.

Le fait que H0LICOW et SH0ES dérivent le même taux d'expansion (dans leurs marges d'erreur) malgré l'utilisation de méthodes radicalement différentes donne une grande confiance que la constante de Hubble se situe quelque part entre 73 et 74. Si la méthode du géant rouge peut d'une manière ou d'une autre être introduite dans Conformément à ces autres méthodes, les astronomes considéreront probablement la constante de Hubble comme un problème résolu.

Cette carte du rayonnement de fond micro-ondes cosmique montre les fluctuations de température qui correspondent à différentes densités à travers notre univers.

SPTpol

Puzzle de planche

Mais il y a encore un autre résultat qui ne correspond pas tout à fait à cette image rose. Il y a plusieurs années, une équipe internationale analysant des données très différentes du satellite Planck de l'Agence spatiale européenne a trouvé une constante Hubble de 67,4, avec seulement une petite marge d'incertitude.

Avec Planck, les cosmologistes ont effectué des mesures ultra-précises du motif moucheté du fond micro-ondes cosmique, le rayonnement résiduel du Big Bang. La carte résultante fournit une mine d'informations sur la matière noire, la matière atomique et l'énergie noire qui composent l'univers. En mesurant les rapports de ces ingrédients cosmiques de Planck, les cosmologistes peuvent prédire ce que devrait être la constante de Hubble.

Mais les résultats H0LICOW et SH0ES sont supérieurs à la prédiction de Planck de 67,4, une disparité qui, selon Riess, n'a qu'une chance sur 100 000 de résulter d'erreurs de mesure. Il pense que l'écart est probablement dû à une nouvelle physique inconnue et peut-être très excitante.

Freedman note que le résultat de son équipe se situe entre le bas et le haut de gamme, mais ils sont encore légèrement plus proches de ceux de Planck. Cependant, elle n'écarte pas la possibilité que de légères erreurs de mesure d'une ou plusieurs équipes soient responsables des différentes constantes Hubble.

«Je pense que ces résultats montrent que si vous ne comptez que sur une seule méthode, vous risquez de manquer quelque chose de systématique qui est difficile à découvrir avec une seule méthode», dit-elle. "C'est pourquoi vous avez besoin de méthodes indépendantes."

Pour sa part, Suyu note que le problème reste loin d'être résolu: «Le défi constant de Hubble se poursuit alors que chaque sonde / équipe essaie de réduire les incertitudes de leurs mesures et de contrôler leurs erreurs systématiques. De nouvelles sondes indépendantes de la constante de Hubble seraient également très précieuses. »

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/news/2019/07/constant-confusion-new-studies-deepen-mystery-of-universes-expansion?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR12URdSWQWzR90QNs6h4J1O45DgkeuXLcboWQJaCCCKy6ezRo3GzQhZsP0