C'est l'un des grands débats de la cosmologie :l'univers est en expansion, mais à quelle vitesse exactement ? Deux mesures disponibles donnent des résultats différents. Le physicien de Leiden David Harvey a adapté une troisième méthode de mesure indépendante utilisant les propriétés de déformation de la lumière des galaxies prédites par Einstein. Il publie ses découvertes dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

Nous connaissons depuis près d'un siècle l'expansion de l'univers. Les astronomes ont noté que la lumière des galaxies lointaines a une longueur d'onde inférieure à celle des galaxies proches. Les ondes lumineuses semblent étirées, ou décalé vers le rouge, ce qui signifie que ces galaxies lointaines s'éloignent.

Ce taux d'expansion, appelée constante de Hubble, peut être mesuré. Certaines supernovas, ou des étoiles qui explosent, avoir une luminosité bien comprise; cela permet d'estimer leur distance de la Terre et de relier cette distance à leur redshift ou leur vitesse. Pour chaque mégaparsec de distance (un parsec correspond à 3,3 années-lumière), la vitesse à laquelle les galaxies s'éloignent de nous, augmente de 73 kilomètres par seconde.

Einstein

Cependant, des mesures de plus en plus précises du fond diffus cosmologique, un vestige de lumière au tout début de l'univers, a donné une constante de Hubble différente :environ 67 kilomètres par seconde.

Comment cela peut-il être ? Pourquoi la différence ? Cette différence pourrait-elle nous apprendre quelque chose de nouveau sur l'univers et la physique ? "Cette, " dit le physicien de Leyde David Harvey, "c'est pourquoi une troisième mesure, indépendant des deux autres, est apparue :les lentilles gravitationnelles."

La théorie de la relativité générale d'Albert Einstein prédit qu'une concentration de masse, comme une galaxie, peut courber le chemin de la lumière, un peu comme une lentille. Lorsqu'une galaxie est devant une source lumineuse brillante, la lumière est courbée autour d'elle et peut atteindre la Terre par différentes voies, fournir deux, et parfois même quatre, images de la même source.

HoliCOW

En 1964, l'astrophysicien norvégien Sjur Refsdal a eu un moment "a-ha":quand la galaxie lentille est un peu décentrée, un itinéraire est plus long que l'autre. Cela signifie que la lumière prend plus de temps par ce chemin. Ainsi, lorsqu'il y a une variation de la luminosité du quasar, ce blip sera visible dans une image avant l'autre. La différence pourrait être des jours, voire des semaines ou des mois.

Cette différence de temps, Refsdal a montré, peut également être utilisé pour déterminer les distances jusqu'au quasar et à la lentille. La comparaison avec le décalage vers le rouge des quasars vous donne une mesure indépendante de la constante de Hubble.

Une collaboration de recherche dans le cadre du projet HoliCOW a utilisé six de ces lentilles pour réduire la constante de Hubble à environ 73. Cependant, il y a des complications :outre la différence de distance, la masse de la galaxie de premier plan exerce également un effet retardateur, en fonction de la répartition exacte de la masse. "Vous devez modéliser cette distribution, mais il reste beaucoup d'inconnues, " dit Harvey. Des incertitudes comme celle-ci limitent la précision de cette technique.

Imaginer tout le ciel

Cela pourrait changer lorsqu'un nouveau télescope verra la première lumière au Chili en 2021. L'observatoire Vera Rubin est dédié à l'imagerie du ciel entier toutes les quelques nuits, et devrait imager des milliers de quasars doubles, offrant une chance de réduire encore plus la constante de Hubble.

Harvey dit, "Le problème est que la modélisation de toutes ces galaxies de premier plan individuellement est impossible par calcul." Donc au lieu, Harvey a conçu une méthode pour calculer l'effet moyen d'une distribution complète allant jusqu'à 1, 000 lentilles.

"Dans ce cas, les bizarreries individuelles des lentilles gravitationnelles ne sont pas si importantes, et vous n'avez pas à faire de simulations pour tous les objectifs. Vous devez juste vous assurer que vous modélisez l'ensemble de la population, " dit Harvey.

"Dans le journal, Je montre qu'avec cette approche, l'erreur dans les seuils constants de Hubble à 2% lorsque vous approchez des milliers de quasars."

Cette marge d'erreur permettra une comparaison significative entre les plusieurs constantes candidates de Hubble, et pourrait aider à comprendre l'écart. "Et si vous voulez descendre en dessous de 2%, vous devez améliorer votre modèle en faisant de meilleures simulations. Je pense que ce serait possible."