De nouveaux efforts pour comprendre à quelle vitesse l'univers s'est étendu depuis le Big Bang, une vitesse connue sous le nom de constante de Hubble, pourrait bouleverser les théories actuelles de la physique, selon certains scientifiques.

Le professeur Grzegorz Pietrzyński du Centre d'astronomie Nicolaus Copernicus de l'Académie polonaise des sciences de Varsovie est un scientifique qui essaie de dériver la constante de Hubble en améliorant le calcul de distances presque impossibles.

L'idée est qu'en mesurant la distance des objets à différents moments, les scientifiques peuvent déterminer à quelle vitesse ils s'éloignent de nous, et donc le taux d'expansion de l'univers. En essayant de mesurer avec précision de si grandes distances, cependant, n'est pas une tâche facile.

Les mesures du professeur Pietrzyński se situent dans la gamme des kiloparsecs, équivalent à environ 3, 262 années-lumière ou 30 quadrillions de kilomètres. Et ce n'est que la première étape.

"Mon objectif est de mesurer les distances géométriques aux galaxies proches afin de calibrer les Céphéides, " a déclaré le professeur Pietrzyński, se référant à son projet CepBin.

Les céphéides sont un type d'étoile variable qui pulse en luminosité, ou luminosité, sur une période de temps constante. Les scientifiques les utilisent pour estimer les distances de la Terre dans la gamme de 100 mégaparsecs (un milliard de milliards de kilomètres).

C'est encore juste une fraction de l'univers observable, qui pourrait être autour de 28, 000 mégaparsecs de diamètre selon le livre Dimensions supplémentaires dans l'espace et le temps .

"Grâce aux Céphéides, nous pouvons calibrer (la distance aux) supernovae (explosion des étoiles). Grâce aux supernovae, nous pouvons atteindre des endroits très éloignés de l'univers et, sur la base des supernovae, nous pouvons calculer la constante de Hubble, " il a dit.

Petites erreurs

Le problème est qu'avec autant de liens, de petites erreurs peuvent faire une grande différence dans le calcul final. Différents engins spatiaux et techniques ont mesuré différentes valeurs de constante de Hubble.

"En utilisant la méthode classique (avec les Céphéides et les supernovae) nous avons une constante de Hubble significativement plus élevée par rapport à la mesure de la mission Planck, " a déclaré le professeur Pietrzyński, se référant à l'observatoire spatial qui a fonctionné de 2009 à 2013 et a mesuré la vitesse du rayonnement de fond cosmique.

Cela est important car cela pourrait signifier que les théories actuelles de la physique sont fausses.

"Si c'est vrai, cela signifie que nous devrons changer toute la physique, " il a dit.

Pour réduire l'incertitude, Le professeur Pietrzyński travaille à affiner la mesure de la distance jusqu'à la galaxie voisine connue sous le nom de Grand Nuage de Magellan en observant les étoiles binaires qui s'éclipsent les unes les autres. Les résultats sont prometteurs. A l'aide d'une mesure d'onde appelée interférométrie, les chercheurs peuvent calibrer le diamètre angulaire des étoiles, qui révèlent la distance lorsqu'ils sont couplés avec des diamètres linéaires.

Finalement, des mesures plus précises établiraient la valeur correcte de la constante de Hubble - ou révéleraient si elle a fluctué au fil du temps.

"Nous pouvons vérifier comment l'expansion de l'univers a évolué. Nous savons qu'au moins deux fois l'expansion s'est accélérée, " a déclaré le professeur Pietrzyński. Il faisait référence au Big Bang ainsi qu'à la découverte du prix Nobel selon laquelle l'univers est actuellement dans une phase d'expansion accélérée, qui est théorisé comme étant causé par une force mystérieuse appelée énergie noire.

Supernovae

Les céphéides à elles seules ne suffisent pas à discerner les vastes distances nécessaires pour servir de référence à l'univers. Pour ça, les cosmologistes utilisent une classe d'étoiles explosives appelée supernovae de type Ia.

Puisqu'il n'y a pas de supernovae dans notre galaxie, les chercheurs utilisent des céphéides relativement proches comme première étape pour estimer la distance jusqu'au petit nombre de supernovae observées.

"Les céphéides ont quelque chose comme 10, 000 fois plus faible que les supernovae, donc le pont de distance que vous avez des Céphéides et des supernovae est très petit, " a déclaré le Dr Mickael Rigault du Centre national français de la recherche scientifique.

Le Dr Rigault travaille à l'amélioration de la précision des mesures des supernovae.

"Le problème est que les supernovae de type Ia ne sont pas toujours exactement les mêmes. Elles peuvent être intrinsèquement différentes, et nous ne connaissons pas très bien le mécanisme de leur explosion, " il a dit.

Un problème, par exemple, est que leur lumière pouvait traverser l'espace et être absorbée de différentes manières.

"Nous devons nous assurer de trouver un moyen de garantir que la luminosité des supernovae que nous utilisons est toujours la même, " il a dit.

Pour remédier à ce, lui et son équipe de chercheurs du projet USNAC ont utilisé le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA pour examiner les galaxies hôtes de supernovae avec des images ultraviolettes. En faisant cela, ils peuvent mesurer la quantité de poussière laissée dans la ligne de mire de la supernova et évaluer comment une telle poussière peut altérer sa luminosité apparente.

Des mesures plus précises des supernovae, en plus de mesures Céphéides plus précises, pourrait aussi en révéler plus sur l'histoire de l'univers, y compris le rôle de l'énergie noire.

C'est parce que la lumière provenant de supernovae lointaines met tellement de temps à voyager jusqu'à la Terre qu'au moment où elle arrive ici, nous assistons en fait à des événements qui ont eu lieu il y a des milliards d'années.

"Les supernovae, parce qu'ils sont si brillants… peuvent aller beaucoup plus loin (et remonter beaucoup plus loin dans la distance et le temps)… environ la moitié de l'âge de l'univers, " a déclaré le Dr Rigault.

Cependant, même quand la poussière est prise en compte, certaines incertitudes demeurent. Par exemple, Le Dr Rigault dit, il est difficile de savoir si les propriétés de l'étoile qui explose en supernova affectent sa luminosité. La composition peut également changer avec le temps. "Si cela n'est pas pris en compte, cela fausse la façon dont nous mesurons l'énergie noire, " il a dit.

Les calculs de l'énergie noire peuvent affecter les estimations de la constante cosmologique, un nombre proposé par Einstein pour mesurer la quantité d'énergie présente dans l'espace lui-même.

"Nous savons que ce n'est pas dramatiquement faux, mais nous avons atteint le moment où les petits détails comptent. Beaucoup d'efforts pour un tout petit nombre, mais ce nombre change toute la façon dont nous voyons l'univers, " a déclaré le Dr Rigault.

Lentilles Quasar

Une autre façon de contester les calculs de distance des céphéides et des supernovas est de les comparer à des méthodes alternatives. C'est ce que le Professeur Frédéric Courbin de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse et le Dr Dominique Sluse de l'Université de Liège, La Belgique, font avec leur projet COSMICLENS.

Ils utilisent la lumière des quasars qui a été déformée gravitationnellement par les galaxies situées entre les quasars et la Terre. Les quasars sont des galaxies extrêmement distantes et actives qui sont des milliers de fois plus lumineuses que notre Voie lactée.

Les faisceaux lumineux empruntent des chemins différents autour des objets, ce qui les a amenés à arriver sur Terre à des moments différents.

"Le décalage horaire, ou temporisation, est directement lié à la constante de Hubble, " a déclaré le Pr Courbin.

Son équipe utilise régulièrement des télescopes comme l'European Extremely Large Telescope au Chili ou le Hubble Space Telescope pour observer les quasars pendant des mois. Ils transforment les délais mesurés en paramètres cosmologiques.

"Notre méthode montre une valeur qui concorde avec les estimations de supernova, " a déclaré le Pr Courbin, ajoutant que, comme les découvertes du professeur Pietrzyński, il est en désaccord avec la valeur trouvée par le satellite Planck. "L'objectif est de mettre le tout sur une base solide."

Cet écart, il a dit, « signifie que nous ne comprenons pas complètement l'énigme cosmologique ou que les astrophysiciens ont encore des sources d'erreurs inconnues dans les mesures de la constante de Hubble. »