À quelle vitesse l'expansion de l'Univers? C’est une question à laquelle les astronomes n’ont pas pu répondre avec précision. Ils ont un nom pour le taux d'expansion de l'Univers: la constante de Hubble, ou la loi de Hubble. Mais les mesures continuent de proposer différentes valeurs, et les astronomes débattent de cette question depuis des décennies.
L'idée de base derrière la mesure de la constante de Hubble est de regarder des sources lumineuses éloignées, généralement un type de supernovae ou d'étoiles variables appelées «bougies standard», et de mesurer le décalage vers le rouge de leur lumière. Mais peu importe comment les astronomes le font, ils ne peuvent pas trouver une valeur convenue, seulement une plage de valeurs. Une nouvelle étude impliquant des quasars et des lentilles gravitationnelles pourrait aider à régler le problème.
Que l'Univers s'agrandit n'est pas en cause. Nous le savons depuis environ 100 ans. La lumière des galaxies lointaines est décalée vers le rouge lorsqu'elles s'éloignent de nous, et la mesure de ce décalage vers le rouge a produit différentes valeurs d'expansion universelle.
"La constante Hubble ancre l'échelle physique de l'univers."
Simon Birrer, chercheur postdoctoral UCLA et auteur principal de l'étude.
Le taux d'expansion est mesuré en kilomètres par seconde par mégaparsec, écrit en (km / s) / Mpc. Ainsi, par exemple, quelque chose en expansion au rythme de 10 (km / s) / Mpc signifie que deux points dans l'espace à 1 mégaparsec d'écart (l'équivalent de 3,26 millions d'années-lumière) s'éloignent l'un de l'autre à une vitesse de 10 kilomètres par seconde.
Quand il a été découvert pour la première fois dans les années 1920, le taux d'expansion était de 625 kps / Mpc. Mais à partir des années 1950, de meilleures recherches l'ont mesurée à moins de 100 kps / Mpc. Au cours des dernières décennies, plusieurs études ont mesuré le taux d'expansion et ont trouvé des vitesses comprises entre environ 67 et 77 kps / Mpc.
Mais la science n'acceptera pas un éventail de réponses pour quelque chose qui devrait avoir une valeur. Ce ne serait pas de la science si c'était le cas. Les scientifiques continuent donc d'essayer différentes façons de mesurer la constante de Hubble pour voir s'ils peuvent y arriver correctement, car la constante de Hubble est plus qu'une simple mesure de l'expansion de l'univers.
"La constante Hubble ancre l'échelle physique de l'univers", a déclaré Simon Birrer, un chercheur postdoctoral UCLA et auteur principal de l'étude. Sans une valeur précise pour la constante de Hubble, les astronomes ne peuvent pas déterminer avec précision la taille des galaxies éloignées, l'âge de l'univers ou l'histoire de l'expansion du cosmos. Il est donc important de bien faire les choses.
Une nouvelle étude qui vient d'être publiée dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society essaie une nouvelle méthode de mesure de la constante de Hubble. La recherche est dirigée par une équipe d'astronomes de l'UCLA et s'appuie sur des quasars distants dont la lumière subit une lentille gravitationnelle avant d'atteindre la Terre.
Les quasars sont des objets ultra-lumineux. Ils sont aussi appelés noyaux galactiques actifs, car on pense qu'ils sont causés par des trous noirs supermassifs au centre des galaxies. Le rayonnement électromagnétique qu'ils émettent est provoqué par le disque d'accrétion tourbillonnant autour du trou noir. À mesure que le disque de matière autour du trou s'accélère, il émet une énorme quantité d'énergie.
Comme les quasars sont si lumineux, ils peuvent être vus de très loin. Cela en fait non seulement des objets d'étude fascinants, mais également utiles comme marqueurs pour étudier la loi de Hubble.
La lentille gravitationnelle se produit lorsque la source de lumière d'un objet extrêmement éloigné, quasars dans cette étude, rencontre une galaxie intermédiaire avant qu'elle n'atteigne des observateurs sur Terre. La masse extrême de la galaxie est suffisante pour courber la lumière, comme le fait une lentille en verre. Le résultat est une sorte d’effet «maison des miroirs». L'image ci-dessous montre à quoi elle ressemble. La découverte de la lentille gravitationnelle est le plus étroitement associée à Einstein, mais ce n'est qu'en 1979 qu'elle a été observée.
Cette étude s'est concentrée sur les doubles quasars. Un double quasar, parfois appelé double quasar, n'est pas deux quasars proches l'un de l'autre, mais plutôt un effet de lentille gravitationnelle. Avec un double quasar, leur lumière est tournée autour d'une galaxie intermédiaire avant d'atteindre la Terre, produisant deux images du quasar. Aucune étude antérieure ne les a utilisés pour tenter de déterminer le taux d'expansion de l'Univers.
Comme la lumière du quasar est courbée autour de la galaxie intermédiaire, produisant deux images du même quasar, elle crée une opportunité d'observation unique. La lumière qui crée les images séparées du quasar parcourt un chemin différent vers chaque image. À mesure que la lumière du quasar fluctue, il y a un délai entre le scintillement dans chacune des deux images.
En mesurant le délai entre les scintillements et en connaissant la masse de la galaxie intermédiaire, l'équipe a déduit les distances entre la Terre, la galaxie cristalline et le quasar. Connaître les décalages vers le rouge du quasar et de la galaxie a permis aux scientifiques d'estimer la vitesse de l'expansion de l'univers.
Cette étude s'est concentrée sur le double quasar appelé SDSS J1206 + 4332, et s'est également appuyée sur les données du télescope spatial Hubble, du Gemini et de W.M. Observatoires Keck et du réseau Cosmological Monitoring of Gravitational Lenses, ou COSMOGRAIL. L'équipe a passé plusieurs années à prendre des images quotidiennes du double quasar, ce qui leur a donné des mesures très précises du délai entre les scintillements. Combinée aux autres données, elle a donné aux astronomes l'une des meilleures mesures de la constante de Hubble à ce jour.
"La beauté de cette mesure est qu'elle est hautement complémentaire et indépendante des autres", a déclaré Tommasso Treu, professeur de physique et d'astronomie à l'UCLA et auteur principal du document.
Alors, à quelle vitesse se développe-t-il?
«… L'univers est un peu plus compliqué.
Tommasso Treu, professeur de physique et d'astronomie à l'UCLA.
L'équipe a trouvé une valeur pour la constante Hubble de 72,5 kilomètres par seconde par mégaparsec. Cela le met en ligne avec d'autres mesures qui utilisaient des supernovae éloignées comme bougies standard pour mesurer la constante de Hubble. Mais c'est environ 7% plus élevé que les mesures qui s'appuient sur le fond cosmique des micro-ondes pour le mesurer.
Ce n’est pas la fin du débat sur la loi de Hubble. Il y a toujours cette différence persistante entre les méthodes de mesure. Qu'est-ce que ça veut dire? "S'il y a une différence réelle entre ces valeurs, cela signifie que l'univers est un peu plus compliqué", a déclaré Treu. Treu a également déclaré que l'une des mesures, voire les trois, était erronée.
L'équipe va persister avec sa méthode de mesure par lentille quasar. Ils examinent 40 quasars quadruples pour, espérons-le, leur donner une mesure encore plus précise du taux d'expansion de l'Univers.
Sources:
- Document de recherche: H0LiCOW - IX. Analyse cosmographique du quasar à double imagerie SDSS 1206 + 4332 et nouvelle mesure de la constante de Hubble
- Communiqué de presse UCLA: Voir double pourrait aider à résoudre le différend sur la vitesse à laquelle l'univers se développe
- H0LiCOW
- Entrée Wikipédia: Loi de Hubble
