Dans un univers en constante expansion, mesurer les distances cosmiques revient à essayer de trouver une règle fiable dans un vaste tissu qui ne cesse de s’étendre. Un outil utilisé par les astrophysiciens est la constante de Hubble (H₀ ), qui mesure la vitesse à laquelle l'univers se développe et définit l'âge et la taille observable de l'univers.

Cependant, il existe un désaccord sur la valeur de H₀ , en raison de mesures contradictoires dérivées de divers objets célestes. Ce débat signifie que notre compréhension de la physique fondamentale de l’univers est incomplète. Les enjeux sont importants, et la clé pour trouver une solution est d'améliorer considérablement la précision des mesures de distance basées sur les étoiles.

Aujourd'hui, une étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters par le professeur de l'EPFL Richard I. Anderson, l'ancien stagiaire de recherche d'été de l'EPFL Nolan Koblischke (maintenant à l'Université de Toronto) et Laurent Eyer (Université de Genève) affine les mesures de distance cosmique en utilisant les signaux sonores des géantes rouges. "Nous avons découvert que les oscillations acoustiques des étoiles géantes rouges nous indiquent comment mesurer au mieux les distances cosmiques en utilisant la méthode de la pointe de la branche géante rouge", explique Anderson.

Mesurer les distances cosmiques avec les géantes rouges

Expliquons quelques termes. Les « géantes rouges » sont des étoiles vieillissantes. Ils adoptent une teinte rougeâtre à mesure qu'ils épuisent l'hydrogène dans leur noyau et utilisent l'hydrogène externe, ce qui les rend plus grands et plus froids.

Sur les diagrammes astronomiques, cette évolution conduit à une « branche géante rouge », une déviation due à l’augmentation de la luminosité de l’étoile. La pointe de la branche géante rouge (TRGB) est un point critique où ces étoiles enflamment l'hélium, inversant ainsi l'évolution de la luminosité.

Le TRGB, marqué par moins d'étoiles plus brillantes au-dessus dans le diagramme, sert de « bougie standard » pour les mesures de distance cosmique :en comparant sa luminosité connue à sa luminosité observée dans des galaxies lointaines, les astronomes peuvent calculer la distance, un peu comme estimer la luminosité d'une ampoule. distance par sa luminosité.

Chanter dans le noir

Les chercheurs ont analysé les données de l'expérience OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) et de la mission Gaia de l'ESA pour scruter les géantes rouges du Grand Nuage de Magellan (LMC), une galaxie compagne proche qui orbite autour de la Voie lactée et sert de laboratoire crucial pour la compréhension. la physique des étoiles.

Dans une tournure surprenante, les scientifiques ont découvert que la luminosité de toutes les étoiles du TRGB varie périodiquement; les ondes sonores traversent les étoiles comme les tremblements de terre sur Terre, les faisant osciller. Bien que ces oscillations soient connues auparavant, leur importance pour les mesures de distance n’a pas été prise en compte. Mais désormais, ils ont permis aux chercheurs de distinguer les étoiles selon leur âge, offrant ainsi une approche plus nuancée pour mesurer les distances à travers l'univers.

Anderson explique :« Les jeunes étoiles géantes rouges proches du TRGB sont un peu moins brillantes que leurs cousines plus âgées, et les oscillations acoustiques que nous observons sous forme de fluctuations de luminosité nous permettent de comprendre à quel type d'étoile nous avons affaire :les étoiles plus âgées oscillent à fréquence plus basse, tout comme un baryton chante avec une voix plus grave qu'un ténor. "

Cette distinction est cruciale pour garantir des mesures de distance très précises nécessaires à la cosmologie et pour obtenir la meilleure carte de l'univers local, puisque les étoiles géantes rouges existent dans pratiquement toutes les galaxies.

L'étude identifie également plusieurs améliorations de la méthode de distance TRGB qui sont essentielles pour comprendre les débats récents sur la tension constante de Hubble. "Maintenant que nous pouvons distinguer l'âge des géantes rouges qui composent le TRGB, nous pourrons encore améliorer la mesure de la constante de Hubble basée sur celle-ci", explique Anderson.

"De telles améliorations mettront davantage à l'épreuve la tension constante de Hubble et pourraient conduire à de nouvelles connaissances révolutionnaires sur les processus physiques de base qui décident de l'évolution de l'univers."