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    Les ondes gravitationnelles mesurent l'univers

    NGC4993, la galaxie hébergeant l'événement d'onde gravitationnelle GW170817 qui a été utilisé pour mesurer l'âge de l'univers. La source de l'événement est le point rouge en haut à gauche du centre de la galaxie; ce n'était pas là dans les images précédentes. Crédit :NASA et ESA

    La détection directe d'ondes gravitationnelles d'au moins cinq sources au cours des deux dernières années offre une confirmation spectaculaire du modèle de gravité et d'espace-temps d'Einstein. La modélisation de ces événements a également fourni des informations sur la formation d'étoiles massives, sursauts gamma, caractéristiques des étoiles à neutrons, et (pour la première fois) la vérification des idées théoriques sur la façon dont les éléments très lourds, comme l'or, sont produits.

    Les astronomes ont maintenant utilisé un seul événement d'onde gravitationnelle (GW170817) pour mesurer l'âge de l'univers. les astronomes du CFA Peter Blanchard, Tarreneh Eftekhari, Victoria Villar, et Peter Williams étaient membres d'une équipe de 1314 scientifiques du monde entier qui ont contribué à la détection des ondes gravitationnelles d'une paire fusionnante d'étoiles à neutrons binaires, suivi de la détection des rayons gamma, puis l'identification de l'origine du cataclysme dans une source de la galaxie NGC4993 repérée sur des images prises avec divers retards à des longueurs d'onde allant du rayon X à la radio.

    Une analyse des ondes gravitationnelles de cet événement en déduit leur force intrinsèque. La force observée est moindre, ce qui implique (parce que la force diminue avec la distance de la source) que la source est à environ 140 millions d'années-lumière. NGC4993, sa galaxie hôte, a une vitesse vers l'extérieur due à l'expansion de l'univers qui peut être mesurée à partir de ses raies spectrales. Savoir à quelle distance elle se trouve et à quelle vitesse la galaxie s'éloigne de nous permet aux scientifiques de calculer le temps écoulé depuis le début de l'expansion – l'âge de l'univers :entre environ 11,9 et 15,7 milliards d'années compte tenu des incertitudes expérimentales.

    L'âge dérivé de cet événement unique est cohérent avec les estimations de décennies d'observations reposant sur des méthodes statistiques utilisant deux autres sources :le rayonnement de fond cosmique micro-ondes (CMBR) et les mouvements des galaxies. Le premier s'appuie sur la cartographie de la très faible distribution de la lumière datant d'environ quatre cent mille ans après le big bang; ce dernier implique une analyse statistique des distances et des mouvements de dizaines de milliers de galaxies à une époque relativement récente. Le fait que ce seul événement d'onde gravitationnelle ait pu déterminer un âge pour l'univers est remarquable, et pas possible avec chaque détection d'onde de gravité. Dans ce cas, il y avait une identification optique de la source (afin qu'une vitesse puisse être mesurée) et la source n'était ni trop éloignée ni trop faible. Avec un large échantillon statistique d'événements d'ondes gravitationnelles de tous types, la plage actuelle de valeurs pour l'âge se rétrécira.

    Le nouveau résultat est intrigant pour une autre raison. Bien que les mesures du CMBR et de la galaxie soient chacune assez précises, ils semblent être en désaccord les uns avec les autres à environ dix pour cent. Ce désaccord pourrait simplement être une erreur d'observation, mais certains astronomes soupçonnent qu'il pourrait s'agir d'une réelle différence reflétant quelque chose qui manque actuellement à notre image du processus d'expansion cosmique, peut-être lié au fait que le CMBR provient d'une époque du temps cosmique très différente de celle des données des galaxies. Cette troisième méthode, événements d'ondes gravitationnelles, peut aider à résoudre l'énigme.


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