La vitesse à laquelle l'univers s'étend, connue sous le nom de constante de Hubble, est l'un des paramètres fondamentaux pour comprendre l'évolution et le destin ultime du cosmos.

Cependant, une différence persistante, appelée tension de Hubble, est observée entre la valeur de la constante mesurée avec une large gamme d'indicateurs de distance indépendants et sa valeur prédite à partir de la rémanence du Big Bang. Le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA a confirmé que l'œil vif du télescope spatial Hubble avait raison depuis le début, effaçant ainsi tout doute persistant sur les mesures de Hubble.

L’une des justifications scientifiques de la construction du télescope spatial Hubble NASA/ESA était d’utiliser sa puissance d’observation pour fournir une valeur exacte du taux d’expansion de l’univers. Avant le lancement de Hubble en 1990, les observations effectuées à partir de télescopes au sol produisaient d'énormes incertitudes. Selon les valeurs déduites du taux d'expansion, l'univers pourrait avoir entre 10 et 20 milliards d'années.

Au cours des 34 dernières années, Hubble a réduit cette mesure à une précision inférieure à 1 %, divisant ainsi la différence avec une valeur d'âge de 13,8 milliards d'années. Ceci a été accompli en affinant ce que l'on appelle « l'échelle de distance cosmique » en mesurant d'importants marqueurs kilométriques connus sous le nom d'étoiles variables céphéides.

Cependant, la valeur de Hubble ne concorde pas avec d’autres mesures suggérant que l’univers s’est étendu plus rapidement après le Big Bang. Ces observations ont été réalisées grâce à la cartographie du rayonnement de fond cosmique micro-ondes effectuée par le satellite Planck de l'ESA :un schéma directeur de la façon dont la structure de l'Univers évoluerait après son refroidissement suite au Big Bang.

La solution simple au dilemme serait de dire que les observations de Hubble sont peut-être fausses en raison d'une certaine inexactitude dans ses mesures des critères de l'espace lointain.

Puis est arrivé le télescope spatial James Webb, permettant aux astronomes de vérifier les résultats de Hubble. Les vues infrarouges des Céphéides prises par Webb concordaient avec les données de lumière optique de Hubble. Webb a confirmé que l'œil vif du télescope Hubble avait raison depuis le début, effaçant tout doute persistant sur les mesures de Hubble.

L’essentiel est que la soi-disant tension de Hubble entre ce qui se passe dans l’univers proche et l’expansion de l’univers primitif reste une énigme tenace pour les cosmologistes. Il y a peut-être quelque chose de tissé dans le tissu de l'espace que nous ne comprenons pas encore.

La résolution de cet écart nécessite-t-elle une nouvelle physique ? Ou est-ce le résultat d'erreurs de mesure entre les deux méthodes différentes utilisées pour déterminer le taux d'expansion de l'espace ?

Hubble et Webb ont maintenant fait équipe pour produire des mesures définitives, renforçant ainsi l'hypothèse selon laquelle quelque chose d'autre – et non des erreurs de mesure – influence le taux d'expansion.

"Une fois les erreurs de mesure annulées, ce qui reste est la possibilité réelle et passionnante que nous ayons mal compris l'univers", a déclaré Adam Riess, physicien à l'Université Johns Hopkins de Baltimore. Riess est titulaire d'un prix Nobel pour avoir co-découvert le fait que l'expansion de l'univers s'accélère, en raison d'un phénomène mystérieux désormais appelé énergie noire.

À titre de vérification croisée, une première observation de Webb en 2023 a confirmé que les mesures de Hubble sur l'univers en expansion étaient exactes. Cependant, dans l'espoir d'atténuer la tension de Hubble, certains scientifiques ont émis l'hypothèse que des erreurs invisibles dans les mesures pourraient augmenter et devenir visibles à mesure que nous approfondissons l'univers. En particulier, l'encombrement stellaire pourrait affecter de manière systématique les mesures de luminosité des étoiles les plus éloignées.

L'équipe SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State of Dark Energy), dirigée par Riess, a obtenu des observations supplémentaires avec Webb d'objets qui sont des marqueurs cosmiques critiques, connus sous le nom d'étoiles variables céphéides, qui peuvent désormais être corrélées avec les données de Hubble.

"Nous avons désormais couvert toute la gamme de ce que Hubble a observé, et nous pouvons exclure une erreur de mesure comme cause de la tension de Hubble avec une très grande confiance", a déclaré Riess.

Les premières observations Webb de l'équipe en 2023 ont réussi à montrer que Hubble était sur la bonne voie en établissant fermement la fidélité des premiers échelons de ce qu'on appelle l'échelle de distance cosmique.

Les astronomes utilisent diverses méthodes pour mesurer les distances relatives dans l’univers, en fonction de l’objet observé. Collectivement, ces techniques sont connues sous le nom d'échelle de distance cosmique :chaque échelon ou technique de mesure s'appuie sur l'étape précédente pour l'étalonnage.

Mais certains astronomes ont suggéré qu'en s'éloignant le long du « deuxième échelon », l'échelle de distance cosmique pourrait devenir fragile si les mesures des Céphéides devenaient moins précises avec la distance. De telles inexactitudes pourraient se produire parce que la lumière d'une Céphéide pourrait se mélanger à celle d'une étoile adjacente - un effet qui pourrait devenir plus prononcé avec la distance à mesure que les étoiles se rassemblent dans le ciel et deviennent plus difficiles à distinguer les unes des autres.

Le défi de l'observation est que les images passées de Hubble de ces variables céphéides plus éloignées semblent plus regroupées et se chevauchent avec des étoiles voisines à des distances de plus en plus grandes entre nous et leurs galaxies hôtes, ce qui nécessite une prise en compte minutieuse de cet effet. La présence de poussière complique encore davantage la certitude des mesures en lumière visible. Webb tranche la poussière et isole naturellement les Céphéides des étoiles voisines car sa vision est plus nette que celle de Hubble dans les longueurs d'onde infrarouges.

"La combinaison de Webb et Hubble nous offre le meilleur des deux mondes. Nous constatons que les mesures de Hubble restent fiables à mesure que nous progressons sur l'échelle des distances cosmiques", a déclaré Riess.

Les nouvelles observations de Webb incluent cinq galaxies hôtes de huit supernovae de type Ia contenant un total de 1 000 Céphéides et s'étendent jusqu'à la galaxie la plus éloignée où les Céphéides ont été bien mesurées :NGC 5468, à une distance de 130 millions d'années-lumière.

"Cela couvre toute la plage dans laquelle nous avons effectué des mesures avec Hubble. Nous sommes donc allés à la fin du deuxième échelon de l'échelle des distances cosmiques", a déclaré le co-auteur Gagandeep Anand du Space Telescope Science Institute de Baltimore, qui exploite les télescopes Webb et Hubble pour la NASA.

Ensemble, la confirmation par Hubble et Webb de la tension de Hubble met en place d'autres observatoires pour éventuellement résoudre le mystère, notamment le prochain télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA et la mission Euclid récemment lancée par l'ESA.

À l'heure actuelle, c'est comme si l'échelle de distance observée par Hubble et Webb avait fermement fixé un point d'ancrage sur l'une des rives d'une rivière, et que la rémanence du Big Bang observé par Planck depuis le début de l'univers était fermement fixée de l'autre côté. . La manière dont l’expansion de l’univers a évolué au cours des milliards d’années entre ces deux points limites n’a pas encore été directement observée.

"Nous devons découvrir s'il nous manque quelque chose sur la façon de relier le début de l'univers et nos jours", a déclaré Riess.

L'étude est publiée dans The Astrophysical Journal Letters. .