Notre univers s'agrandit, mais nos deux principales façons de mesurer la vitesse à laquelle cette expansion se produit ont donné lieu à des réponses différentes. Au cours de la dernière décennie, les astrophysiciens se sont peu à peu divisés en deux camps :celui qui estime que la différence est significative, et un autre qui pense que cela pourrait être dû à des erreurs de mesure.

S'il s'avère que des erreurs sont à l'origine de l'incompatibilité, cela confirmerait notre modèle de base du fonctionnement de l'univers. L'autre possibilité présente un fil qui, lorsqu'il est tiré, suggérerait qu'une nouvelle physique fondamentale manquante est nécessaire pour le recoudre. Pour plusieurs années, chaque nouvel élément de preuve des télescopes a fait basculer l'argument d'avant en arrière, donnant lieu à ce que l'on a appelé la « tension de Hubble ».

Wendy Freedman, astronome de renom et professeur d'astronomie et d'astrophysique de l'Université John et Marion Sullivan à l'Université de Chicago, a fait certaines des mesures originales du taux d'expansion de l'univers qui ont abouti à une valeur plus élevée de la constante de Hubble. Mais dans un nouvel article de synthèse accepté par le Journal d'astrophysique , Freedman donne un aperçu des observations les plus récentes. Sa conclusion :les dernières observations commencent à combler l'écart.

C'est-à-dire, il n'y a peut-être pas de conflit après tout, et notre modèle standard de l'univers n'a pas besoin d'être modifié de manière significative.

La vitesse à laquelle l'univers s'étend s'appelle la constante de Hubble, nommé pour UChicago alun Edwin Hubble, SB 1910, doctorat 1917, qui est crédité d'avoir découvert l'expansion de l'univers en 1929. Les scientifiques veulent cerner ce taux avec précision, parce que la constante de Hubble est liée à l'âge de l'univers et à son évolution dans le temps.

Une ride substantielle est apparue au cours de la dernière décennie lorsque les résultats des deux principales méthodes de mesure ont commencé à diverger. Mais les scientifiques débattent toujours de l'importance de l'inadéquation.

Une façon de mesurer la constante de Hubble est de regarder la lumière très faible laissée par le Big Bang, appelé le fond diffus cosmologique. Cela a été fait à la fois dans l'espace et au sol avec des installations comme le télescope du pôle Sud dirigé par UChicago. Les scientifiques peuvent intégrer ces observations dans leur « modèle standard » de l'univers primitif et le faire avancer dans le temps pour prédire ce que devrait être la constante de Hubble aujourd'hui; ils obtiennent une réponse de 67,4 kilomètres par seconde par mégaparsec.

L'autre méthode consiste à regarder les étoiles et les galaxies dans l'univers proche, et mesurer leurs distances et à quelle vitesse ils s'éloignent de nous. Freedman est un expert de premier plan sur cette méthode depuis de nombreuses décennies; en 2001, son équipe a effectué l'une des mesures marquantes à l'aide du télescope spatial Hubble pour imager des étoiles appelées Céphéides. La valeur qu'ils ont trouvée était de 72. Freedman a continué à mesurer les céphéides au cours des années qui ont suivi, examiner plus de données de télescope à chaque fois ; cependant, en 2019, elle et ses collègues ont publié une réponse basée sur une méthode entièrement différente utilisant des étoiles appelées géantes rouges. L'idée était de recouper les Céphéides avec une méthode indépendante.

Les géantes rouges sont des étoiles très grandes et lumineuses qui atteignent toujours le même pic de luminosité avant de s'estomper rapidement. Si les scientifiques peuvent mesurer avec précision le réel, ou intrinsèque, luminosité maximale des géantes rouges, ils peuvent alors mesurer les distances à leurs galaxies hôtes, une partie essentielle mais difficile de l'équation. La question clé est de savoir dans quelle mesure ces mesures sont précises.

La première version de ce calcul en 2019 utilisait un seul, galaxie très proche pour calibrer les luminosités des étoiles géantes rouges. Au cours des deux dernières années, Freedman et ses collaborateurs ont calculé les chiffres de plusieurs galaxies et populations d'étoiles différentes. "Il existe maintenant quatre manières indépendantes de calibrer les luminosités des géantes rouges, et ils conviennent à moins de 1% l'un de l'autre, " a déclaré Freedman. " Cela nous indique que c'est un très bon moyen de mesurer la distance. "

"Je voulais vraiment regarder attentivement à la fois les Céphéides et les géantes rouges. Je connais bien leurs forces et leurs faiblesses, " a déclaré Freedman. " Je suis arrivé à la conclusion que nous n'avons pas besoin d'une nouvelle physique fondamentale pour expliquer les différences dans les taux d'expansion locaux et distants. Les nouvelles données de la géante rouge montrent qu'elles sont cohérentes."

Taylor Hoyt, étudiant diplômé de l'Université de Chicago, qui a fait des mesures des étoiles géantes rouges dans les galaxies ancres, ajoutée, "Nous continuons à mesurer et à tester les étoiles de la branche géante rouge de différentes manières, et ils continuent à dépasser nos attentes."

La valeur de la constante de Hubble que l'équipe de Freedman obtient des géantes rouges est de 69,8 km/s/Mpc, soit pratiquement la même que la valeur dérivée de l'expérience du fond diffus cosmologique. "Aucune nouvelle physique n'est requise, " dit Freedman.

Les calculs utilisant les étoiles céphéides donnent encore des nombres plus élevés, mais selon l'analyse de Freedman, la différence n'est peut-être pas troublante. "Les étoiles céphéides ont toujours été un peu plus bruyantes et un peu plus compliquées à comprendre pleinement; ce sont de jeunes étoiles dans les régions actives de formation d'étoiles des galaxies, et cela signifie qu'il est possible que des choses comme la poussière ou la contamination d'autres étoiles faussent vos mesures, " elle a expliqué.

Dans son esprit, le conflit peut être résolu avec de meilleures données.

L'année prochaine, quand le télescope spatial James Webb devrait être lancé, les scientifiques commenceront à recueillir ces nouvelles observations. Freedman et ses collaborateurs ont déjà obtenu du temps sur le télescope pour un programme majeur visant à effectuer davantage de mesures des étoiles céphéides et géantes rouges. "Le Webb nous donnera une sensibilité et une résolution plus élevées, et les données s'amélioreront vraiment, très bientôt, " elle a dit.

Mais en attendant, elle voulait examiner attentivement les données existantes, et ce qu'elle a trouvé, c'est qu'une grande partie est en fait d'accord.

"C'est ainsi que procède la science, " a déclaré Freedman. " Vous donnez un coup de pied aux pneus pour voir si quelque chose se dégonfle, et jusqu'à présent, pas de crevaison."

Certains scientifiques qui recherchent une inadéquation fondamentale pourraient être déçus. Mais pour Freedman, l'une ou l'autre réponse est passionnante.

"Il y a encore de la place pour une nouvelle physique, mais même s'il n'y en a pas, cela montrerait que le modèle standard que nous avons est fondamentalement correct, qui est aussi une conclusion profonde à venir, " dit-elle. " C'est ce qui est intéressant avec la science :nous ne connaissons pas les réponses à l'avance. Nous apprenons au fur et à mesure. C'est une période vraiment excitante pour être sur le terrain."