Ces dernières années, l’astronomie s’est trouvée en crise : même si nous savons que l’Univers s’étend et même si nous savons approximativement à quelle vitesse, les deux principales façons de mesurer cette enlargement ne concordent pas. Les astrophysiciens de l’Institut Niels Bohr proposent désormais une nouvelle méthode qui pourrait aider à résoudre cette stress.
L’Univers s’agrandit
Nous le savons depuis qu’Edwin Hubble et d’autres astronomes ont mesuré, il y a approximativement 100 ans, la vitesse d’un sure nombre de galaxies environnantes. Les galaxies de l’Univers sont « emportées » les unes des autres par cette enlargement et s’éloignent donc les unes des autres.
Furthermore la length entre deux galaxies est grande, in addition elles s’écartent rapidement, et la vitesse précise de ce mouvement est l’une des grandeurs les furthermore fondamentales de la cosmologie moderne. Le nombre qui décrit l’expansion porte le nom de « constante de Hubble », apparaissant dans une multitude d’équations et de modèles différents de l’Univers et de ses constituants.
Problème de Hubble
Pour comprendre l’Univers il faut donc connaître la constante de Hubble le additionally précisément attainable. Plusieurs méthodes existent pour le mesurer des méthodes mutuellement indépendantes mais qui donnent heureusement presque le même résultat.
C’est-à-dire presque…
La méthode intuitivement la plus very simple à comprendre est, en principe, la même que celle utilisée par Edwin Hubble et ses collègues il y a un siècle : localiser un groupe de galaxies et mesurer leurs distances et leurs vitesses. En pratique, cela se fait en recherchant des galaxies contenant des étoiles explosives, appelées supernovae. Cette méthode est complétée par une autre méthode qui analyse les irrégularités du rayonnement dit de fond cosmique une forme ancienne de lumière remontant peu après le Major Bang.
Les deux méthodes – la méthode des supernovas et la méthode du rayonnement de fond – ont toujours donné des résultats légèrement différents. Mais toute mesure comporte des incertitudes, et il y a quelques années, les incertitudes étaient suffisamment importantes pour que nous puissions les blâmer pour la disparité.
Néanmoins, à mesure que les approaches de mesure se sont améliorées, les incertitudes ont diminué et nous avons maintenant atteint un level où nous pouvons affirmer avec un haut degré de confiance que les deux ne peuvent pas être exacts.
La racine de ce « problème de Hubble » – qu’il s’agisse d’effets inconnus biaisant systématiquement l’un des résultats, ou s’il fait allusion à une nouvelle physique encore à découvrir – est actuellement l’un des sujets les moreover brûlants de l’astronomie.
Deux méthodes
L’expansion de l’Univers se mesure en « vitesse par distance » et est d’un peu moreover de 20 km/s par million d’années-lumière. Cela signifie qu’une galaxie située à 100 tens of millions d’années-lumière s’éloigne de nous à 2 000 km/s, tandis qu’une autre galaxie située à 200 hundreds of thousands d’années-lumière s’éloigne de nous à 4 000 km/s.
Mais l’utilisation de supernovae pour mesurer les distances et les vitesses des galaxies donne 22,7 ±, 4 km/s, tandis que l’analyse du rayonnement de fond de l’Univers donne 20,7 ±, 2 km/s.
Cela peut paraître pointilleux de s’inquiéter d’un si petit désaccord, mais par exemple, le nombre apparaît dans le calcul de l’âge de l’Univers, et les deux méthodes donnent un âge de 12,8 et 13,8 milliards d’années, respectivement.
Les étoiles à neutrons qui s’écrasent pourraient aider à répondre
L’un des as well as grands défis consiste à déterminer avec précision les distances des galaxies. Mais dans une nouvelle étude, Albert Sneppen, doctorant en astrophysique au Cosmic Dawn Center de l’Institut Niels Bohr de Copenhague, propose une nouvelle méthode de mesure des distances, contribuant ainsi à régler le différend en cours.
« Lorsque deux étoiles à neutrons extremely-compactes – qui sont elles-mêmes les restes de supernovae – tournent autour l’une de l’autre et finissent par fusionner, elles explosent dans une nouvelle explosion ce qu’on appelle la kilonova », explique Albert Sneppen. « Nous avons récemment démontré à quel issue cette explosion est remarquablement symétrique, et il s’avère que cette symétrie est non seulement belle, mais aussi incroyablement utile. »
Dans une troisième étude qui vient d’être publiée, le prolifique doctorant montre que les kilonovae, malgré leur complexité, peuvent être décrites par une seule température. Et il s’avère que la symétrie et la simplicité des kilonovae permettent aux astronomes de déduire exactement la quantité de lumière qu’elles émettent.
En comparant cette luminosité avec la quantité de lumière atteignant la Terre, les chercheurs peuvent calculer à quelle length se trouve la kilonova. Ils ont ainsi obtenu une nouvelle méthode indépendante pour calculer la length aux galaxies contenant des kilonovae.
Darach Watson est professeur agrégé au Cosmic Dawn Center et co-auteur de l’étude. Il explique : « Les supernovae, qui servaient jusqu’à présent à mesurer les distances des galaxies, n’émettent pas toujours la même quantité de lumière. De as well as, elles nous obligent d’abord à calibrer la length à l’aide d’un autre kind d’étoiles, les soi-disant Les céphéides, qui à leur tour doivent également être calibrées. Avec les kilonovae, nous pouvons contourner ces difficulties qui introduisent des incertitudes dans les mesures.
Confirme l’une des deux méthodes
Pour démontrer son potentiel, les astrophysiciens ont appliqué la méthode à une kilonova découverte en 2017. Le résultat est une constante de Hubble moreover proche de la méthode du rayonnement de fond, mais si la méthode kilonova peut résoudre le problème de Hubble, les chercheurs n’osent pas encore affirmer :
« Nous ne disposons jusqu’à présent que d’une seule étude de cas et nous avons besoin de nombreux autres exemples avant de pouvoir établir un résultat solide », prévient Albert Sneppen. « Mais notre méthode contourne au moins certaines resources d’incertitude connues et constitue un système très « propre » à étudier. Elle ne nécessite aucun étalonnage, aucun facteur de correction. »
