un-calcul-pourrait-trancher-le-débat-sur-la-vitesse-de-expansion-de-univers

L’une des questions les plus frustrantes de la cosmologie moderne pourrait se rapprocher d’une réponse. Les différentes méthodes que nous utilisons pour mesurer le taux d’expansion de l’univers sont en désaccord depuis des années, mais une technique de mesure relativement nouvelle semble apporter les premiers éléments d’une réponse à ce différend.

La constante de Hubble

L’univers est en constante expansion, et la vitesse à laquelle cette expansion s’accélère est décrite par un nombre appelé la constante de Hubble. Il y a deux façons principales de déterminer ce nombre : en examinant le fond diffus cosmologique (CMB), qui est une relique de la première lumière qui a traversé l’univers, et en observant des objets relativement proches pour voir à quelle vitesse ils s’éloignent de nous. Les résultats de ces deux méthodes ont toujours été contradictoires.

Maintenant, Wendy Freedman, de l’université de Chicago (Illinois), a mis au point une nouvelle méthode de mesure des objets proches qui pourrait résoudre ce conflit. Pour effectuer des mesures locales de la constante de Hubble, nous utilisons des objets dont la luminosité est connue pour mesurer les distances dans ce qu’on appelle l’échelle de distance.

La méthode la plus courante consiste à utiliser des étoiles variables appelées céphéides pour déterminer les distances des galaxies contenant des supernovas, puis à utiliser les supernovas pour aller plus loin. Cependant, Freedman et ses collègues ont utilisé un type d’étoile différent, appelé l’extrémité de la branche géante rouge (TRGB) en raison de sa place sur les cartes de l’évolution stellaire, pour remplacer les céphéides – et les résultats déterminés à partir de ces étoiles correspondent aux mesures du CMB.

Utiliser l’extrémité de la branche géante rouge

« Les céphéides existent depuis bien plus longtemps que la pointe de la branche des géantes rouges », explique Simon Birrer de l’université Stanford en Californie. « Mais la pointe de la branche des géantes rouges présente des avantages, en particulier dans les domaines où les céphéides font l’objet de critiques depuis des décennies, comme la poussière. » Alors que les céphéides se forment généralement dans des pouponnières stellaires poussiéreuses, ce qui peut obscurcir les mesures, les étoiles TRGB peuvent être trouvées dans les mêmes zones relativement exemptes de poussière que les supernovas qui forment le prochain échelon de l’échelle de distance.

Freedman a constaté qu’à mesure que les observations sondaient des objets de plus en plus éloignés, les mesures des céphéides et du TRGB divergeaient les unes des autres. À ces distances, les céphéides sont obscurcies par la poussière et encombrées par d’autres étoiles, et il devient plus difficile de déterminer comment leur composition chimique, ou leur métallicité, affecte les observations.

« Ce n’est pas simplement que les effets de la poussière sont pires : les effets de l’encombrement sont pires, les effets de la métallicité sont pires, et ils sont tous enchevêtrés. Donc, si vous vous trompez dans une correction, vous vous trompez dans toutes les corrections », explique Freedman. « Avec les étoiles TRGB, c’est simple : il n’y a pas de poussière, rien à démêler. » Ces étoiles ne sont pas variables comme les céphéides, elles sont donc plus simples et bien mieux comprises.

Le fait que le remplacement des céphéides sur l’échelle de distance élimine la tension entre les mesures du CMB et les observations locales peut signifier qu’il y a simplement des erreurs dans notre compréhension des céphéides. Si la tension subsistait, cela signifierait qu’il existe un malentendu plus large sur la cosmologie et la physique de l’univers primitif qui a produit le CMB.

Un modèle qui peut expliquer l’histoire de l’expansion de l’univers

« Cela permet d’envisager la possibilité qu’il n’y ait pas de tension, et qu’il s’agisse simplement de mesures imparfaites », explique Dan Scolnic de l’université Duke en Caroline du Nord. « Certains pourraient dire que ces mesures imparfaites sont le résultat le moins excitant de la constante de Hubble, mais d’un autre côté, cela montrerait que notre modèle cosmologique peut expliquer toute l’histoire de l’expansion de l’univers. »

D’autres observations sont nécessaires avant de pouvoir affirmer avec certitude que la tension sur la constante de Hubble est résolue, mais ces résultats apportent une lueur d’espoir qu’elle est résoluble, dit Freedman. « Nous ferions mieux de faire le tri dans l’univers local avant de commencer à faire des affirmations sur une physique supplémentaire dans l’univers primitif, car il se passe quelque chose ici que nous ne comprenons pas encore. »

Cette recherche a été pré-publiée dans arXiv.

Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay