La question de savoir à quelle vitesse l'univers s'étend inquiète les astronomes depuis près d'un siècle. Différentes études continuent de proposer des réponses différentes, ce qui amène certains chercheurs à se demander s'ils n'ont pas oublié un mécanisme clé de la machinerie qui anime le cosmos.

Maintenant, en mettant au point une nouvelle façon de mesurer la vitesse à laquelle le cosmos s'étend, une équipe dirigée par des astronomes de l'UCLA a fait un pas vers la résolution du débat. Les recherches du groupe sont publiées aujourd'hui dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

Au cœur du litige se trouve la constante de Hubble, un nombre qui relie les distances aux décalages vers le rouge des galaxies - la quantité de lumière étirée lorsqu'elle se déplace vers la Terre à travers l'univers en expansion. Les estimations de la constante de Hubble vont d'environ 67 à 73 kilomètres par seconde par mégaparsec, ce qui signifie que deux points dans l'espace distants d'1 mégaparsec (l'équivalent de 3,26 millions d'années-lumière) s'éloignent l'un de l'autre à une vitesse comprise entre 67 et 73 kilomètres par seconde.

"La constante de Hubble ancre l'échelle physique de l'univers, " dit Simon Birrer, un chercheur postdoctoral de l'UCLA et auteur principal de l'étude. Sans valeur précise pour la constante de Hubble, les astronomes ne peuvent pas déterminer avec précision la taille des galaxies éloignées, l'âge de l'univers ou l'histoire de l'expansion du cosmos.

La plupart des méthodes pour dériver la constante de Hubble ont deux ingrédients :une distance à une source de lumière et le décalage vers le rouge de cette source de lumière. À la recherche d'une source de lumière qui n'avait pas été utilisée dans les calculs d'autres scientifiques, Birrer et ses collègues se sont tournés vers les quasars, fontaines de rayonnement alimentées par des trous noirs gargantuesques. Et pour leurs recherches, les scientifiques ont choisi un sous-ensemble spécifique de quasars - ceux dont la lumière a été déformée par la gravité d'une galaxie intermédiaire, qui produit deux images côte à côte du quasar dans le ciel.

La lumière des deux images emprunte des routes différentes vers la Terre. Lorsque la luminosité du quasar fluctue, les deux images scintillent l'une après l'autre, plutôt qu'en même temps. Le délai entre ces deux scintillements, ainsi que des informations sur le champ gravitationnel de la galaxie interférente, peut être utilisé pour retracer le voyage de la lumière et déduire les distances de la Terre au quasar et à la galaxie de premier plan. Connaître les décalages vers le rouge du quasar et de la galaxie a permis aux scientifiques d'estimer à quelle vitesse l'univers s'étend.

L'équipe de l'UCLA, dans le cadre de la collaboration internationale H0liCOW, avait précédemment appliqué la technique pour étudier les quasars à quadruple image, dans laquelle quatre images d'un quasar apparaissent autour d'une galaxie au premier plan. Mais les images quadruples sont loin d'être aussi courantes :les quasars à double image seraient environ cinq fois plus abondants que les quadruples.

Pour démontrer la technique, l'équipe dirigée par l'UCLA a étudié un quasar à double image connu sous le nom de SDSS J1206+4332; ils se sont appuyés sur les données du télescope spatial Hubble, les Gémeaux et W.M. les observatoires de Keck, et de la surveillance cosmologique des lentilles gravitationnelles, ou COSMOGRAIL, réseau—un programme géré par l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse qui vise à déterminer la constante de Hubble.

Tommaso Treu, professeur de physique et d'astronomie à l'UCLA et auteur principal de l'article, a déclaré que les chercheurs ont pris des images du quasar tous les jours pendant plusieurs années pour mesurer avec précision le délai entre les images. Puis, pour obtenir la meilleure estimation possible de la constante de Hubble, ils ont combiné les données recueillies sur ce quasar avec des données qui avaient été précédemment recueillies par leur collaboration H0liCOW sur trois quasars quadruplement imagés.

"La beauté de cette mesure est qu'elle est très complémentaire et indépendante des autres, " dit Treu.

L'équipe dirigée par l'UCLA a estimé la constante de Hubble à environ 72,5 kilomètres par seconde par mégaparsec, un chiffre conforme à ce que d'autres scientifiques avaient déterminé dans des recherches qui utilisaient les distances des supernovas - des étoiles explosives dans des galaxies éloignées - comme mesure clé. Cependant, les deux estimations sont environ 8 pour cent plus élevées que celles qui reposent sur une faible lueur provenant de tout le ciel appelée fond cosmique micro-ondes, une relique de 380, 000 ans après le Big Bang, lorsque la lumière a voyagé librement dans l'espace pour la première fois.

« S'il y a une différence réelle entre ces valeurs, cela signifie que l'univers est un peu plus compliqué, " dit Treu.

D'autre part, Treu a dit, il se peut aussi qu'une mesure ou les trois soient fausses.

Les chercheurs recherchent maintenant plus de quasars pour améliorer la précision de leur mesure de constante de Hubble. Treu a déclaré que l'une des leçons les plus importantes du nouvel article est que les quasars à double image donnent aux scientifiques beaucoup plus de sources lumineuses utiles pour leurs calculs de constante de Hubble. Pour l'instant, bien que, l'équipe dirigée par l'UCLA concentre ses recherches sur 40 quasars quadrillés, en raison de leur potentiel à fournir des informations encore plus utiles que celles à double image.