Un groupe d'astronomes dirigé par l'Université de Californie, Davis a obtenu de nouvelles données qui suggèrent que l'univers se développe plus rapidement que prévu.

L'étude fait suite à un débat houleux sur la vitesse à laquelle l'univers gonfle; les mesures à ce jour sont en désaccord.

La nouvelle mesure de l'équipe de la constante de Hubble, ou le taux d'expansion de l'univers, impliquait une méthode différente. Ils ont utilisé le télescope spatial Hubble (HST) de la NASA en combinaison avec le système d'optique adaptative (AO) de l'observatoire WM Keck pour observer trois systèmes à lentille gravitationnelle. C'est la première fois que la technologie AO au sol est utilisée pour obtenir la constante de Hubble.

« Quand j'ai commencé à travailler sur ce problème il y a plus de 20 ans, l'instrumentation disponible limitait la quantité de données utiles que l'on pouvait tirer des observations, " déclare le co-auteur Chris Fassnacht, Professeur de physique à UC Davis. "Dans ce projet, nous utilisons l'AO de l'observatoire Keck pour la première fois dans l'analyse complète. J'ai senti depuis de nombreuses années que les observations AO pourraient beaucoup contribuer à cet effort."

Les résultats de l'équipe sont publiés dans le dernier numéro en ligne du Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

Pour écarter tout biais, l'équipe a mené une analyse à l'aveugle; pendant le traitement, ils ont gardé la réponse finale cachée à eux-mêmes jusqu'à ce qu'ils soient convaincus qu'ils avaient abordé autant de sources d'erreur possibles qu'ils pouvaient penser. Cela les a empêchés de faire des ajustements pour obtenir la valeur "correcte", éviter le biais de confirmation.

« Quand nous pensions avoir réglé tous les problèmes possibles avec l'analyse, nous débloquons la réponse avec la règle selon laquelle nous devons publier toute valeur que nous trouvons, même si c'est fou. C'est toujours un moment tendu et excitant, " dit l'auteur principal Geoff Chen, un étudiant diplômé du département de physique de l'UC Davis.

La levée de l'aveugle a révélé une valeur cohérente avec les mesures de la constante de Hubble prises à partir d'observations d'objets "locaux" proches de la Terre, tels que les supernovae de type Ia proches ou les systèmes à lentille gravitationnelle ; L'équipe de Chen a utilisé ces derniers objets dans leur analyse à l'aveugle.

Les résultats de l'équipe ajoutent aux preuves croissantes qu'il existe un problème avec le modèle standard de la cosmologie, ce qui montre que l'univers était en expansion très rapide au début de son histoire, puis l'expansion a ralenti en raison de l'attraction gravitationnelle de la matière noire, et maintenant l'expansion s'accélère à nouveau en raison de l'énergie noire, une force mystérieuse.

Ce modèle de l'histoire de l'expansion de l'univers est assemblé à l'aide des mesures traditionnelles de la constante de Hubble, qui sont tirés d'observations « éloignées » du fond diffus cosmologique (CMB) – le rayonnement résiduel du Big Bang lorsque l'univers a commencé il y a 13,8 milliards d'années.

Récemment, de nombreux groupes ont commencé à utiliser diverses techniques et à étudier différentes parties de l'univers pour obtenir la constante de Hubble et ont constaté que la valeur obtenue à partir d'observations « locales » par rapport à « lointaines » était en désaccord.

"C'est là que réside la crise de la cosmologie, " dit Fassnacht. " Alors que la constante de Hubble est constante partout dans l'espace à un moment donné, il n'est pas constant dans le temps. Donc, lorsque nous comparons les constantes de Hubble issues de diverses techniques, nous comparons l'univers primitif (à l'aide d'observations lointaines) à la fin, partie plus moderne de l'univers (en utilisant local, observations à proximité)."

Cela suggère que soit il y a un problème avec les mesures du CMB, ce que l'équipe dit est peu probable, ou le modèle standard de la cosmologie doit être modifié d'une manière ou d'une autre en utilisant une nouvelle physique pour corriger l'écart.

Méthodologie

En utilisant le système AO de l'observatoire Keck avec la caméra proche infrarouge, instrument de deuxième génération (NIRC2) sur le télescope Keck II, Chen et son équipe ont obtenu des mesures locales de trois systèmes de quasars à lentilles bien connus :PG1115+ 080, HE0435-1223, et RXJ1131-1231.

Les quasars sont extrêmement brillants, galaxies actives, souvent avec des jets massifs propulsés par un trou noir supermassif mangeant voracement la matière qui l'entoure.

Bien que les quasars soient souvent très éloignés, les astronomes sont capables de les détecter grâce à des lentilles gravitationnelles, un phénomène qui agit comme la loupe de la nature. Lorsqu'une galaxie suffisamment massive plus proche de la Terre gêne la lumière d'un quasar très éloigné, la galaxie peut agir comme une lentille; son champ gravitationnel déforme l'espace lui-même, plier la lumière du quasar d'arrière-plan en plusieurs images et lui donner un aspect très lumineux.

A l'heure, l'éclat du quasar scintille, et puisque chaque image correspond à une longueur de chemin légèrement différente du quasar au télescope, les scintillements apparaissent à des moments légèrement différents pour chaque image - ils n'arrivent pas tous sur Terre en même temps.

Avec HE0435-1223, PG1115+ 080, et RXJ1131-1231, l'équipe a soigneusement mesuré ces délais, qui sont inversement proportionnelles à la valeur de la constante de Hubble. Cela permet aux astronomes de décoder la lumière de ces quasars lointains et de recueillir des informations sur l'étendue de l'expansion de l'univers pendant que la lumière s'est dirigée vers la Terre.

"L'un des ingrédients les plus importants de l'utilisation de lentilles gravitationnelles pour mesurer la constante de Hubble est l'imagerie sensible et haute résolution, " dit Chen. " Jusqu'à maintenant, les meilleures mesures de constante Hubble basées sur les lentilles, toutes impliquées à l'aide des données de HST. Quand nous avons débloqué, nous avons trouvé deux choses. D'abord, nous avions des valeurs cohérentes avec les mesures précédentes qui étaient basées sur les données HST, prouver que les données AO peuvent fournir une alternative puissante aux données HST à l'avenir. Deuxièmement, nous avons constaté que la combinaison des données AO et HST donnait un résultat plus précis."

Prochaines étapes

Chen et son équipe, ainsi que de nombreux autres groupes partout sur la planète, font plus de recherches et d'observations pour approfondir leurs recherches. Maintenant que l'équipe de Chen a prouvé que le système AO de l'observatoire Keck est tout aussi puissant que le HST, les astronomes peuvent ajouter cette méthodologie à leur ensemble de techniques lors de la mesure de la constante de Hubble.

"Nous pouvons maintenant essayer cette méthode avec des systèmes de quasars plus optiques pour améliorer la précision de notre mesure de la constante de Hubble. Cela nous conduira peut-être à un modèle cosmologique plus complet de l'univers, " dit Fassnacht.