C'est une théorie largement acceptée aujourd'hui que lorsque les premières étoiles se sont formées dans notre univers il y a environ 13 milliards d'années, ils se sont rapidement réunis pour former des amas globulaires. Ces amas se sont ensuite fusionnés pour former les premières galaxies, qui n'ont cessé de croître grâce à des fusions et d'évoluer depuis. Pour cette raison, les astronomes ont longtemps soupçonné que les étoiles les plus anciennes de l'univers se trouvaient dans des amas globulaires.

L'étude des étoiles dans ces amas est donc un moyen de déterminer l'âge de l'univers, qui est encore sujet à des conjectures. Dans cette veine, une équipe internationale d'astronomes et de cosmologistes a récemment mené une étude des amas globulaires afin de déduire l'âge de l'univers. Leurs résultats indiquent que l'univers a environ 13,35 milliards d'années, un résultat qui pourrait aider les astronomes à en savoir plus sur l'expansion du cosmos.

Leur étude, intitulé " Déduire l'âge de l'univers avec des amas globulaires, " est récemment apparu en ligne et a été soumis pour examen au Journal de cosmologie et de physique des astroparticules . L'étude a été dirigée par David Valcin, un chercheur prédoctoral de l'Institut des sciences du cosmos de l'Université de Barcelone (ICCUB), qui a été rejoint par une équipe de France, Espagne, et les États-Unis.

Comme indiqué, les amas globulaires intéressent particulièrement les astronomes en raison de leur caractère inhabituel. Ces collections sphériques d'étoiles se trouvent dans le halo d'une galaxie en orbite au-delà du noyau galactique et sont considérablement plus denses que les amas ouverts (qui se trouvent dans le disque de la galaxie). La plupart des amas globulaires ont également un âge uniforme, contenant des étoiles plus anciennes qui sont entrées dans leur phase de branche de géante rouge (RVB).

En réalité, Des études sur les amas globulaires de la Voie lactée ont montré que certaines des étoiles les plus anciennes de notre galaxie existent en leur sein. Alors que les origines des amas globulaires et leur rôle dans l'évolution galactique restent encore un mystère, les astronomes pensent que l'étude de ces collections d'étoiles anciennes fournira des informations précieuses sur les deux. Comme Valcin et ses collègues l'ont partagé avec Universe Today par e-mail :

"Les amas globulaires sont parmi les premières structures stellaires formées dans l'univers et peuvent donc être utilisés comme un bon estimateur de l'époque de la formation des galaxies et des étoiles pour déduire l'âge de l'univers. D'un point de vue astrophysique, ils fournissent une mine d'informations sur la formation et l'évolution des galaxies et des étoiles."

Pour le plaisir de leur étude, l'équipe a examiné 68 amas globulaires galactiques, qui ont été observés par l'Advanced Camera for Surveys (ACS) du télescope spatial Hubble. Spécifiquement, ils ont étudié la distribution des étoiles dans ces amas en fonction de leur magnitude, qui a été obtenu en utilisant une version modifiée des isochrones pour modéliser les données.

Ce progiciel prend la photométrie synthétique fournie par les modèles stellaires, puis interpole leur magnitude en fonction de l'endroit où se trouvent les étoiles de même masse sur la trajectoire évolutive au même âge. Valdin a expliqué :

"En utilisant le catalogue de Sarajedini et al (2007) étude des amas globulaires avec le télescope spatial Hubble, nous avons extrait des informations du diagramme de magnitude des couleurs des amas globulaires à l'aide d'isochrones théoriques (les isochrones sont un ensemble de modèles stellaires calculés au même âge pour une gamme de masses différentes). En effet, la façon dont les étoiles sont réparties dans le diagramme en fonction de leur magnitude et de leur couleur peut contraindre la sensibilité des paramètres des isochrones stellaires, qui correspondent à une population d'étoiles du même âge."

De la même manière, l'équipe s'est appuyée sur le modèle stellaire Mesa Isochrones and Stellar Tracks (MIST), ainsi que la base de données Dartmouth Stellar Evolution (DSED). À la fin, ils ont obtenu une estimation de l'âge moyen des plus anciens amas mondiaux à 13,13 milliards d'années. Après avoir pris en compte le temps qu'il faudrait pour que ces amas globulaires se forment, ils ont pu déduire une estimation d'âge de 13,35 milliards d'années.

Ce résultat a un niveau de confiance de 68 % et comprend une plage d'incertitude de ± 0,16 milliard d'années (statistique) et ± 0,5 milliard d'années (systémique). Cette valeur est compatible avec l'estimation d'âge précédente de 13,8 ± 0,02 milliard d'années, ce qui a été déduit des données obtenues par la mission Planck sur le fond diffus cosmologique (CMB) – le rayonnement de fond résiduel créé par le Big Bang et visible dans toutes les directions.

Quoi de plus, l'estimation précédente est dépendante du modèle cosmologique MDP, une version du modèle du Big Bang qui contient trois composantes principales :l'énergie noire, matière noire "froide" (CDM) et matière ordinaire. Cela signifie essentiellement que les amas globulaires peuvent contraindre avec précision l'âge de l'univers d'une manière qui ne dépend pas des modèles théoriques.

Quoi de plus, puisque leurs estimations d'âge sont cohérentes avec les estimations basées sur l'expansion cosmique, ces informations pourraient également fournir des indices sur ces derniers. Bien sûr, Valdin et ses collègues reconnaissent que davantage d'observations et de données sont nécessaires si les scientifiques espèrent comprendre pourquoi il y a eu historiquement un tel écart entre les estimations d'âge en premier lieu :

"Dans l'incertitude actuelle concernant l'expansion de l'univers, il est important de collecter plus de données dont l'interprétation est aussi indépendante que possible de la cosmologie pour comprendre l'origine de l'écart. Même si les amas globulaires ne fournissent pas de mesure directe de l'expansion, ils nous permettent de contraindre l'âge de l'univers, qui peut être lié à l'expansion. L'âge de l'univers est déterminé par les observations du CMB, trop, mais cette détermination est très dépendante du modèle. Un aspect précieux de l'estimation de l'expansion est le fait qu'elle est obtenue sans supposer aucun modèle cosmologique. L'accord entre ces deux mesures peut être utilisé pour confirmer des aspects importants du modèle cosmologique."