Une étude fournit une nouvelle estimation de l’expansion de l’Univers

Quiconque a déjà mesuré quelque chose deux fois et obtenu deux réponses différentes sait à quel point cela peut être frustrant.

Image NASA

C’est précisément ce que ressentent les cosmologistes avec la constante de Hubble, une mesure de la rapidité avec laquelle notre Univers se développe. Au cours de ces dernières années, plusieurs méthodes ont livré des résultats différents. Dans le cadre d’une nouvelle étude, des chercheurs ont tenté de faire une énième estimation de cette expansion de l’Univers en suivant le comportement d’une supernova à lentille gravitationnelle.

La constante de Hubble

Une façon très simple d’imaginer l’expansion de l’univers est d’imaginer un ballon gonflable sur lequel sont dessinés plusieurs points. Chacun de ces points représente une galaxie de l’univers. Au fur et à mesure que le ballon se gonfle, les points se séparent et s’éloignent les uns des autres. On observe un peu la même chose dans l’univers. Les astronomes savent en effet depuis près d’un siècle que l’Univers est en expansion et que toutes les galaxies s’éloignent les unes des autres.

La vitesse à laquelle se développe l’univers se définit comme la constante de Hubble. Elle est calculée en kilomètres par seconde par mégaparsec (un mégaparsec représente environ 3,3 millions d’années-lumière). Ainsi, chaque seconde, chaque mégaparsec de l’Univers s’agrandit d’un certain nombre de kilomètres.

Pour mesurer la constante de Hubble, les astronomes analysent les distances de différents types d’objets dont la luminosité est bien connue. Pour les objets relativement proches, on s’appuie parfois sur les céphéides, une classe d’étoiles qui pulsent selon un schéma prévisible. Les mesures de ces objets ont permis aux astronomes de calculer une constante à environ 70 km par seconde par mégaparsec (70/s/Mpc).

Pour les plus grandes distances, les astronomes utilisent aussi parfois la lumière des supernovae de type Ia. Ces mesures ont produit une valeur de 73 km/s Mpc, tandis que d’autres analyses, concentrées sur les mesures du fond diffus cosmologique (un rayonnement électromagnétique émis lors de la phase dite de la recombinaison qui est survenu environ 380 000 ans après le Big bang) ont ​​de leur côté produit une valeur de 67 km/s Mpc.

Ainsi, les résultats variaient énormément en fonction des méthodes. C’est pourquoi les chercheurs s’interrogent toujours.

Lentille gravitationnelle

Dans le cadre de nouveaux travaux, des scientifiques ont utilisé une autre façon de mesurer cette constante de Hubble en s’appuyant sur un effet de lentille gravitationnelle, qui représente la distorsion de l’espace-temps causée par un objet massif. Plus précisément, lorsqu’un objet massif se trouve sur le chemin de la lumière provenant d’un objet plus éloigné, la gravité de l’objet massif dévie la lumière et la déforme, créant ainsi une image déformée de l’objet lointain.

Un effet de lentille implique également des distorsions et des irrégularités. Cela fait que la lumière de l’objet d’arrière-plan emprunte des chemins différents vers la Terre. Ainsi un seul objet peut apparaître à plusieurs endroits différents répartis autour de la lentille. À des échelles cosmologiques, ces chemins peuvent également obliger la lumière à parcourir des distances très différentes pour se rendre sur Terre. Étant donné que la lumière se déplace à une vitesse finie, cela signifie que nous pouvons regarder un seul objet tel qu’il était à des moments différents. Pour cette étude, les chercheurs ont justement exploité ce phénomène.

Quatre, puis cinq images d’un même objet

Le nouveau travail se concentre sur une supernova identifiée pour la première fois en 2014, baptisée SN Refsdal. À l’époque, l’objet avait été révélé par la présence d’un amas de galaxies qui, avec son incroyable masse, avait généré pas moins de quatre images distinctes de la supernova située en arrière-plan. Cependant, des études de suivi ont montré que l’effet de lentille en avait généré une cinquième environ un an plus tard.

Ici, le retard observé a permis de mesurer la distance supplémentaire parcourue par la lumière sur son chemin vers la Terre.

Toutefois, le problème est que nous ne connaissons pas le chemin exact emprunté ici par la lumière. Par ailleurs, la majeure partie de la masse de l’amas de galaxies responsable de cet effet est sous forme de matière noire, qu’il est impossible d’imager directement. Pour contourner ce problème, les chercheurs ont testé plusieurs modèles de la lentille gravitationnelle en intégrant différentes valeurs pour la constante de Hubble.

Au final, les modèles qui correspondaient le mieux à l’emplacement des quatre images de la lentille et à l’apparence de la cinquième retardée ont proposé une valeur légèrement inférieure à celle dérivée du fond diffus cosmologique, qui est 67 km/s Mpc, la différence étant dans la marge d’erreur statistique.

À l’inverse, des valeurs plus proches de celles dérivées des autres techniques de mesures correspondaient beaucoup moins bien aux données.

Bien sûr, cela ne signifie pas pour autant que nous devrions exclure les autres valeurs. En effet, cette méthode est encore trop nouvelle et les incertitudes qu’elle produit avec une seule supernova sont trop importantes pour la considérer comme définitive. Elle est cependant intéressante, puisqu’elle semble correspondre à une mesure déjà proposée par une autre méthode. De futurs exemples de supernovae similaires pourraient aider à confirmer ou non ces nouvelles données.

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Source : Sciencepost