La conception d'un artiste de ce qu'on appelle l'échelle de distance cosmique - une série d'objets célestes, y compris les supernovae de type Ia qui ont des distances connues et peuvent être utilisées pour calculer la vitesse à laquelle l'univers s'étend. Crédit :NASA/JPL-Caltech.
De nouveaux travaux du projet Carnegie Supernova fournissent les meilleurs étalonnages à ce jour pour l'utilisation de supernovae de type Ia pour mesurer les distances cosmiques, ce qui a des implications pour notre compréhension de la vitesse à laquelle l'univers s'étend et le rôle que l'énergie noire peut jouer dans la conduite de ce processus. Dirigé par l'astronome de Carnegie Chris Burns, les conclusions de l'équipe sont publiées dans Le Journal d'Astrophysique .
Les supernovae de type Ia sont des phénomènes stellaires incroyablement brillants. Ce sont de violentes explosions d'une naine blanche, vestige cristallin d'une étoile qui a épuisé son combustible nucléaire, qui fait partie d'un système binaire avec une autre étoile.
En plus d'être passionnants à observer en eux-mêmes, Les supernovae de type Ia sont également un outil essentiel que les astronomes utilisent comme une sorte de marqueur de kilomètre cosmique pour déduire les distances des objets célestes.
Alors que les détails précis de l'explosion sont encore inconnus, on pense qu'ils sont déclenchés lorsque la naine blanche approche d'une masse critique, la luminosité du phénomène est donc prévisible à partir de l'énergie de l'explosion. La différence entre la luminosité prédite et la luminosité observée depuis la Terre nous indique la distance à la supernova.
Les astronomes utilisent ces mesures de distance précises, ainsi que la vitesse à laquelle leurs galaxies hôtes reculent, pour déterminer la vitesse à laquelle l'univers s'étend. Grâce à la vitesse finie de la lumière, non seulement pouvons-nous mesurer à quelle vitesse l'univers s'étend en ce moment, mais en regardant de plus en plus loin dans l'espace, nous voyons plus loin dans le temps et pouvons mesurer à quelle vitesse l'univers s'étendait dans un passé lointain. Cela a conduit à la découverte étonnante à la fin des années 1990 que l'expansion de l'univers s'accélère actuellement en raison de l'effet répulsif d'une mystérieuse énergie "sombre". L'amélioration des estimations de distance effectuées à l'aide de supernovae de type Ia aidera les astronomes à mieux comprendre le rôle que joue l'énergie noire dans cette expansion cosmique.
"En commençant par son homonyme, Edwin Hubble, Les astronomes de Carnegie travaillent depuis longtemps sur la constante de Hubble, y compris les contributions vitales à notre compréhension de l'expansion de l'univers faites par Alan Sandage et Wendy Freedman, ", a déclaré le directeur des observatoires John Mulchaey.
La conception de l'artiste montre une supernova de type Ia en train d'exploser. Crédit :ESO
Cependant, la vitesse à laquelle la luminosité des explosions de supernova de type Ia s'estompe n'est pas uniforme. En 1993, L'astronome de Carnegie Mark Phillips a montré que les explosions qui mettent plus de temps à disparaître sont intrinsèquement plus lumineuses que celles qui s'estompent rapidement. Cette corrélation, communément appelée relation de Phillips, permis à un groupe d'astronomes au Chili, y compris Phillips et l'astronome du Texas A&M Nicholas Suntzeff, développer les supernovae de type Ia en un outil précis pour mesurer l'expansion de l'univers.
L'étude des supernovae à l'aide de la partie proche infrarouge du spectre était cruciale pour cette découverte. La lumière de ces explosions doit traverser la poussière cosmique pour atteindre nos télescopes, et ces particules interstellaires à grain fin obscurcissent la lumière à l'extrémité bleue du spectre plus qu'elles ne la lumière à l'extrémité rouge du spectre de la même manière que la fumée d'un incendie de forêt rend tout plus rouge. Cela peut faire croire aux astronomes qu'une supernova est plus loin qu'elle ne l'est. Mais travailler dans l'infrarouge permet aux astronomes de scruter plus clairement à travers ce voile poussiéreux.
« L'un des principaux objectifs du projet Carnegie Supernova a été de fournir un échantillon de haute qualité de supernovae et méthodes fiables pour déduire leurs distances, ", a déclaré l'auteur principal Burns.
"La qualité de ces données nous permet de mieux corriger nos mesures pour tenir compte de l'effet d'atténuation de la poussière cosmique" a ajouté Mark Phillips, astronome à l'observatoire Carnegie de Las Campanas au Chili et co-auteur de l'article.
L'étalonnage de ces bornes kilométriques est d'une importance cruciale, car il existe des désaccords entre les différentes méthodes de détermination du taux d'expansion de l'univers. La constante de Hubble peut être estimée indépendamment en utilisant la lueur du rayonnement de fond laissé par le Big Bang. Ce rayonnement de fond de micro-ondes cosmique a été mesuré avec des détails exquis par le satellite Planck, et cela donne aux astronomes un univers en expansion plus lente que lorsqu'il est mesuré à l'aide de supernovae de type Ia.
"Cette divergence pourrait annoncer une nouvelle physique, mais seulement si c'est réel, " expliqua Burns. " Alors, nous avons besoin que nos mesures de supernova de type Ia soient aussi précises que possible, mais aussi d'identifier et de quantifier toutes les sources d'erreur."
