Depuis que l'astronome Edwin Hubble a démontré que plus deux galaxies sont éloignées l'une de l'autre, plus vite ils s'éloignent l'un de l'autre, les chercheurs ont mesuré le taux d'expansion de l'univers (la constante de Hubble) et l'histoire de cette expansion. Récemment, un nouveau puzzle est apparu, car il semble y avoir un écart entre les mesures de cette expansion en utilisant le rayonnement dans l'univers primitif et en utilisant des objets proches. Des chercheurs du Cosmic Dawn Center, à l'Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, ont maintenant contribué à ce débat en se concentrant sur les mesures de vitesse. Le résultat a été publié dans Journal d'astrophysique .

Les chercheurs du Cosmic Dawn Center ont découvert que les mesures de vitesse utilisées pour déterminer le taux d'expansion de l'univers peuvent ne pas être fiables. Comme indiqué dans la publication, cela ne résout pas les divergences, mais fait plutôt allusion à une incohérence supplémentaire dans la composition de l'univers.

Mesurer le taux d'expansion de l'univers

Actuellement, les astronomes mesurent l'expansion de l'univers à l'aide de deux techniques très différentes. L'une est basée sur la mesure de la relation entre la distance et la vitesse des galaxies proches, tandis que l'autre provient de l'étude du rayonnement de fond du tout premier univers. Étonnamment, ces deux approches trouvent actuellement des taux d'expansion différents. Si cet écart est réel, une réinterprétation nouvelle et assez dramatique du développement de l'univers en sera la conséquence. Cependant, il est également possible que la différence dans la constante de Hubble soit due à des mesures incorrectes. Il est difficile de mesurer les distances dans l'univers, tant d'études se sont concentrées sur l'amélioration et le recalibrage des mesures de distance. Mais malgré cela, au cours des 4 dernières années, le désaccord n'a pas été résolu.

La vitesse des galaxies lointaines est facile à mesurer, du moins c'est ce que nous pensions

Dans le récent article scientifique, les chercheurs du Cosmic Dawn Center tentent aujourd'hui de mettre en lumière un problème connexe :la mesure de la vitesse. Selon la vitesse avec laquelle un objet distant s'éloigne de nous, sa lumière passe à des couleurs plus rouges. Avec ce redshift, il est possible de mesurer la vitesse à partir d'un spectre d'une galaxie éloignée. Contrairement aux mesures de distance, jusqu'à présent, on supposait que les vitesses étaient relativement faciles à mesurer.

Cependant, lorsque les chercheurs ont récemment examiné les mesures de distance et de vitesse de plus de 1000 supernovae (étoiles explosives) collectées au cours des 25 dernières années, ils ont trouvé un écart surprenant dans leurs résultats. Albert Sneppen, Un étudiant à la maîtrise à l'Institut Niels Bohr explique :« Nous avons toujours pensé que la mesure des vitesses était assez simple et précise, mais il s'avère que nous avons en fait affaire à deux types de redshifts."

Le premier type, mesurer la vitesse à laquelle la galaxie hôte s'éloigne de nous, est considéré comme le plus fiable. L'autre type de décalage vers le rouge mesure à la place la vitesse de la matière éjectée de l'étoile en explosion à l'intérieur de la galaxie. Ou, plus précisément, la matière de la supernova se déplaçant vers nous avec quelques pourcents de la vitesse de la lumière (illustration 1). Après avoir compensé ce mouvement supplémentaire, le décalage vers le rouge et la vitesse de la galaxie hôte peuvent être déterminés. Mais cette compensation nécessite un modèle précis de l'explosion. Les chercheurs ont pu déterminer que les résultats de ces deux techniques différentes aboutissent à deux histoires d'expansion différentes pour l'univers, et donc deux compositions différentes aussi.

Les choses sont-elles « cassées d'une manière intéressante ?

Donc, cela signifie-t-il que les mesures de l'univers primitif et les mesures plus récentes sont finalement une question de mesures imprécises de la vitesse ? Probablement pas, dit Bidisha Sen, l'un des auteurs de l'article. "Même si nous n'utilisons que les redshifts les plus fiables, les mesures de la supernova non seulement continuent d'être en désaccord avec la constante de Hubble mesurée à partir de l'univers primitif, elles suggèrent également une divergence plus générale concernant la composition de l'univers, " elle dit.

Professeur associé à l'Institut Niels Bohr Charles Steinhardt, est intrigué par ces nouveaux résultats. « Si nous avons en fait affaire à deux désaccords, cela signifie que notre modèle actuel serait "cassé de manière intéressante, " dit-il. " Afin de résoudre deux problèmes, un concernant la composition de l'univers et un concernant le taux d'expansion de l'univers, des explications physiques plutôt différentes sont nécessaires que si nous ne voulons expliquer qu'un seul écart dans le taux d'expansion. »

Les travaux scientifiques se poursuivent au télescope optique nordique

Avec le télescope optique nordique à Gran Canaria, les chercheurs acquièrent maintenant de nouveaux décalages vers le rouge des galaxies hôtes. Lorsqu'ils comparent ces résultats avec les redshifts basés sur la supernova, ils pourront voir si les deux techniques restent différentes. "Nous avons appris que ces mesures sensibles nécessitent des mesures précises de vitesse, et ceux-ci seront réalisables avec de nouvelles observations, ", explique Steinhardt.