Malgré un siècle de mesures, les astronomes ne peuvent s'entendre sur la vitesse à laquelle l'univers s'étend. Une technique qui repose sur la mesure des distances jusqu'à un type spécifique d'étoile vieillissante dans d'autres galaxies, appelée branche géante asymptotique de la région J, ou la méthode JAGB - pourrait peut-être vous aider.

L'astrophysicienne et étudiante diplômée de l'Université de Chicago Abigail Lee est l'auteur principal d'un nouvel article qui a analysé les observations de la lumière d'une galaxie voisine pour valider la méthode JAGB de mesure des distances cosmologiques. Cette nouvelle technique permettra de futures mesures de distance indépendantes qui peuvent aider à répondre à l'une des plus grandes questions en suspens en cosmologie :à quelle vitesse l'univers s'étend-il ?

"L'une des questions les plus passionnantes en cosmologie aujourd'hui est de savoir s'il existe une nouvelle physique qui manque à notre compréhension actuelle de l'évolution de l'univers. Un écart actuel dans la mesure de la constante de Hubble pourrait signaler une nouvelle propriété physique de l'univers ou, plus mondain, incertitudes de mesure non reconnues, " a déclaré Wendy L. Freedman, le professeur d'astronomie et d'astrophysique de l'Université John et Marion Sullivan et auteur principal de l'article. "Il existe très peu de méthodes de mesure des distances qui peuvent fournir la précision requise. Lee développe cette nouvelle méthode JAGB, ce qui montre une promesse précoce pour résoudre cette divergence. »

Une clé de l'histoire de l'univers

En 1920, Edwin Hubble, Ph.D."17, remarqué pour la première fois la relation entre la distance d'une galaxie et la vitesse à laquelle elle s'éloignait de nous. Cette valeur, maintenant connue sous le nom de constante de Hubble, est un paramètre clé dans les modèles cosmologiques.

Hubble a d'abord mesuré cette constante en comparant les mesures de distance et de vitesse galactiques dérivées d'un type spécifique d'étoile qui pulse régulièrement. Les mesures utilisant des méthodes directes comme celle de Hubble se sont considérablement améliorées au fil des décennies, mais ils ne sont pas d'accord avec les méthodes qui extrapolent à partir du fond diffus cosmologique – restes de lumière du tout premier univers. Ce désaccord s'appelle la tension de Hubble, et est l'un des problèmes les plus importants de la cosmologie moderne.

Une méthode de mesure indépendante pourrait aider à combler le fossé entre les méthodes et conduire à une vision plus décisive de la constante de Hubble telle que mesurée directement à partir des distances, disaient les auteurs.

C'est là qu'intervient la méthode JAGB. Les étoiles de la branche des géantes asymptotiques de la région J sont un type spécifique de géantes vieillissantes qui contiennent une quantité substantielle de carbone dans leur atmosphère qui est amenée à la surface par les courants de convection, leur donnant une couleur et une luminosité très distinctes qui leur permettent d'être identifiés dans un ensemble d'étoiles au sein d'une galaxie.

"Nous avons observé empiriquement que ces étoiles ont une luminosité intrinsèque connue d'une galaxie à l'autre, " dit Lee.

Cela en fait des candidats de choix pour être ce que les astronomes appellent des bougies standard. Parce que la luminosité apparente d'une étoile observée dépend à la fois de sa distance à l'observateur et de sa luminosité intrinsèque, connaître la luminosité intrinsèque d'une étoile peut permettre aux astronomes de déduire sa distance.

« Parce que cette méthode est relativement nouvelle, le but de ce projet était de voir s'il pouvait rivaliser avec d'autres indicateurs de distance en précision et en exactitude, " dit Lee.

Aller dans les étoiles pour vérifier

L'équipe a sélectionné une galaxie à la périphérie du groupe de galaxies le plus proche, appelé Wolf-Lundmark-Melotte ou WLM, et utilisé des données tirées d'observations avec les télescopes Magellan à l'observatoire de Las Campanas au Chili. En utilisant un seul objet comme cible et en appliquant quatre méthodes de mesure indépendantes différentes, l'équipe a pu comparer l'exactitude et la précision de la méthode JAGB aux méthodes précédemment établies.

Après avoir analysé les données de quatre manières différentes, les chercheurs ont déterminé que la méthode JAGB n'est pas seulement un contrôle indépendant sur d'autres méthodes de mesure de distance, mais qu'il nécessite moins de temps d'observation - une denrée rare parmi une communauté d'astronomes en compétition pour le temps sur un nombre limité de télescopes puissants.

Parce que les étoiles JAGB sont plus brillantes que les étoiles utilisées dans d'autres mesures de distance, ils peuvent aussi être vus plus loin, ce qui permettra des étalonnages plus éloignés que ce qui est possible avec d'autres méthodes. En outre, Les étoiles JAGB se trouvent dans tous les types de galaxies, contrairement aux étoiles pulsantes utilisées par Hubble, qui ne se trouvent que dans le sous-ensemble plus limité des galaxies spirales et souffrent souvent de surpeuplement et d'interférences importantes de la poussière.

"Idéalement, nous aurons le temps d'observation du télescope spatial James Webb et du télescope spatial Hubble pour utiliser cette méthode pour mesurer les distances jusqu'aux galaxies hébergeant des supernovae de type Ia, " a déclaré Lee. Les supernovae de type Ia sont utilisées pour mesurer des galaxies plus éloignées, mais ils doivent être calibrés par des mesures de distance à plus courte portée en utilisant des techniques telles que la méthode JAGB. "Une fois qu'on fait ça, nous pouvons non seulement mesurer la constante de Hubble, mais aussi comparer ces différentes méthodes de distance pour voir s'il y a des problèmes avec l'une d'entre elles."

Que ce soit nouveau, la valeur indépendante de la constante de Hubble concorde avec d'autres méthodes de mesure directe ou les mesures de l'univers primitif éclaireront cette question qui a longtemps intrigué les astronomes et les cosmologistes.

"Nous n'avons pas une idée précise de la valeur de la constante de Hubble, c'est donc un travail vraiment important pour aider à résoudre l'un des plus grands problèmes de la cosmologie en ce moment, " dit Lee.