Ces galaxies sont sélectionnées dans un programme du télescope spatial Hubble pour mesurer le taux d'expansion de l'univers, appelée constante de Hubble. La valeur est calculée en comparant les distances des galaxies au taux apparent de récession loin de la Terre (en raison des effets relativistes de l'expansion de l'espace). En comparant les luminosités apparentes des étoiles géantes rouges des galaxies avec les géantes rouges voisines, dont les distances ont été mesurées avec d'autres méthodes, les astronomes sont en mesure de déterminer à quelle distance se trouvent chacune des galaxies hôtes. Cela est possible parce que les géantes rouges sont des marqueurs fiables car elles atteignent toutes le même pic de luminosité au cours de leur évolution tardive. Et, cela peut être utilisé comme une "bougie standard" pour calculer la distance. La netteté et la sensibilité exquises de Hubble ont permis de trouver des géantes rouges dans les halos stellaires des galaxies hôtes. Les géantes rouges ont été recherchées dans les halos des galaxies. La rangée centrale montre le champ de vision complet de Hubble. La rangée du bas zoome encore plus sur les champs Hubble. Les géantes rouges sont identifiées par des cercles jaunes. Crédit :NASA, ESA, W. Freedman (Université de Chicago), ESO, et le Digitized Sky Survey
Les astronomes ont fait une nouvelle mesure de la vitesse à laquelle l'univers s'étend, en utilisant un type d'étoile totalement différent des efforts précédents. La mesure révisée, qui vient du télescope spatial Hubble de la NASA, tombe au centre d'une question très débattue en astrophysique qui pourrait conduire à une nouvelle interprétation des propriétés fondamentales de l'univers.
Les scientifiques savent depuis près d'un siècle que l'univers est en expansion, ce qui signifie que la distance entre les galaxies à travers l'univers devient de plus en plus vaste à chaque seconde. Mais exactement à quelle vitesse l'espace s'étire, une valeur connue sous le nom de constante de Hubble, est resté obstinément insaisissable.
Maintenant, Le professeur Wendy Freedman de l'Université de Chicago et ses collègues ont une nouvelle mesure du taux d'expansion dans l'univers moderne, suggérant que l'espace entre les galaxies s'étend plus rapidement que les scientifiques ne le pensent. Freedman est l'une des nombreuses études récentes qui mettent en évidence un écart persistant entre les mesures d'expansion modernes et les prévisions basées sur l'univers tel qu'il était il y a plus de 13 milliards d'années, mesurée par le satellite Planck de l'Agence spatiale européenne.
Alors que de plus en plus de recherches indiquent un écart entre les prédictions et les observations, les scientifiques se demandent s'ils pourraient avoir besoin de proposer un nouveau modèle pour la physique sous-jacente de l'univers afin de l'expliquer.
"La constante de Hubble est le paramètre cosmologique qui définit l'échelle absolue, taille et âge de l'univers; c'est l'un des moyens les plus directs dont nous disposons pour quantifier l'évolution de l'univers, " a déclaré Freedman. " L'écart que nous avons vu auparavant n'a pas disparu, mais cette nouvelle preuve suggère que le jury ne sait toujours pas s'il existe une raison immédiate et impérieuse de croire qu'il y a quelque chose de fondamentalement défectueux dans notre modèle actuel de l'univers."
Dans un nouvel article accepté pour publication dans Le Journal d'Astrophysique , Freedman et son équipe ont annoncé une nouvelle mesure de la constante de Hubble en utilisant une sorte d'étoile connue sous le nom de géante rouge. Leurs nouvelles observations, fait avec Hubble, indiquent que le taux d'expansion de l'univers proche est d'un peu moins de 70 kilomètres par seconde par mégaparsec (km/sec/Mpc). Un parsec équivaut à une distance de 3,26 années-lumière.
Cette mesure est légèrement inférieure à la valeur de 74 km/sec/Mpc récemment rapportée par l'équipe Hubble SH0ES (Supernovae H0 for the Equation of State) en utilisant les variables Cepheid, qui sont des étoiles qui pulsent à intervalles réguliers qui correspondent à leur luminosité maximale. Cette équipe, dirigé par Adam Riess de l'Université Johns Hopkins et du Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, ont récemment rapporté avoir affiné leurs observations avec la plus grande précision à ce jour pour leur technique de mesure de distance des céphéides.
Comment mesurer l'expansion
Un défi central dans la mesure du taux d'expansion de l'univers est qu'il est très difficile de calculer avec précision les distances à des objets distants.
En 2001, Freedman a dirigé une équipe qui a utilisé des étoiles lointaines pour mesurer la constante de Hubble. L'équipe du projet clé du télescope spatial Hubble a mesuré la valeur en utilisant des variables Céphéides comme marqueurs de distance. Leur programme a conclu que la valeur de la constante de Hubble pour notre univers était de 72 km/sec/Mpc.
Mais plus récemment, les scientifiques ont adopté une approche très différente :construire un modèle basé sur la structure ondulante de la lumière laissée par le big bang, qui est appelé le fond cosmique des micro-ondes. Les mesures de Planck permettent aux scientifiques de prédire comment l'univers primitif aurait probablement évolué vers le taux d'expansion que les astronomes peuvent mesurer aujourd'hui. Les scientifiques ont calculé une valeur de 67,4 km/sec/Mpc, en désaccord significatif avec le taux de 74,0 km/sec/Mpc mesuré avec les étoiles céphéides.
Les astronomes ont recherché tout ce qui pourrait être à l'origine de l'inadéquation. "Naturellement, des questions se posent quant à savoir si l'écart provient d'un aspect que les astronomes ne comprennent pas encore à propos des étoiles que nous mesurons, ou si notre modèle cosmologique de l'univers est encore incomplet, " a déclaré Freedman. " Ou peut-être que les deux doivent être améliorés. "
L'équipe de Freedman a cherché à vérifier leurs résultats en établissant un nouveau chemin entièrement indépendant vers la constante de Hubble en utilisant un type d'étoile entièrement différent.
Certaines étoiles finissent leur vie sous la forme d'une sorte d'étoile très lumineuse appelée géante rouge, une étape d'évolution que notre propre Soleil connaîtra dans des milliards d'années. À un certain point, l'étoile subit un événement catastrophique appelé flash d'hélium, dans laquelle la température s'élève à environ 100 millions de degrés et la structure de l'étoile est réarrangée, ce qui en fin de compte diminue considérablement sa luminosité. Les astronomes peuvent mesurer la luminosité apparente des étoiles géantes rouges à ce stade dans différentes galaxies, et ils peuvent l'utiliser comme un moyen de dire leur distance.
La constante de Hubble est calculée en comparant les valeurs de distance à la vitesse apparente de récession des galaxies cibles, c'est-à-dire à quelle vitesse les galaxies semblent s'éloigner. Les calculs de l'équipe donnent une constante de Hubble de 69,8 km/sec/Mpc, à cheval sur les valeurs dérivées par les équipes de Planck et Riess.
"Notre pensée initiale était que s'il y avait un problème à résoudre entre les céphéides et le fond diffus cosmologique, alors la méthode de la géante rouge peut être le bris d'égalité, " dit Freedman.
Mais les résultats ne semblent pas fortement favoriser une réponse par rapport à l'autre disent les chercheurs, bien qu'ils s'alignent plus étroitement sur les résultats de Planck.
La prochaine mission de la NASA, le Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), lancement prévu au milieu des années 2020, permettra aux astronomes de mieux explorer la valeur de la constante de Hubble à travers le temps cosmique. D'ABORD, avec sa résolution de type Hubble et une vue du ciel 100 fois plus grande, fournira une multitude de nouvelles supernovae de type Ia, Variables céphéides, et les étoiles géantes rouges pour améliorer fondamentalement les mesures de distance aux galaxies proches et lointaines.
Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l'ESA (Agence spatiale européenne). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, gère le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) à Baltimore, Maryland, mène les opérations scientifiques de Hubble. STScI est exploité pour la NASA par l'Association des universités pour la recherche en astronomie à Washington, D.C.
