Les mesures des ondes gravitationnelles d'environ 50 étoiles à neutrons binaires au cours de la prochaine décennie résoudront définitivement un débat intense sur la vitesse à laquelle notre univers s'étend, selon les conclusions d'une équipe internationale qui comprend les cosmologistes de l'University College London (UCL) et du Flatiron Institute.

Le cosmos est en expansion depuis 13,8 milliards d'années. Son taux d'expansion actuel, connue sous le nom de "constante de Hubble, " donne le temps écoulé depuis le Big Bang.

Cependant, les deux meilleures méthodes utilisées pour mesurer la constante de Hubble ont des résultats contradictoires, ce qui suggère que notre compréhension de la structure et de l'histoire de l'univers – le « modèle cosmologique standard » – peut être incorrecte.

L'étude, publié aujourd'hui dans Lettres d'examen physique , montre comment de nouvelles données indépendantes des ondes gravitationnelles émises par des étoiles à neutrons binaires appelées « sirènes standard » permettront de sortir une fois pour toutes de l'impasse entre les mesures contradictoires.

"Nous avons calculé qu'en observant 50 étoiles à neutrons binaires au cours de la prochaine décennie, nous aurons suffisamment de données d'ondes gravitationnelles pour déterminer indépendamment la meilleure mesure de la constante de Hubble, ", a déclaré l'auteur principal, le Dr Stephen Feeney du Center for Computational Astrophysics du Flatiron Institute de New York. "Nous devrions être en mesure de détecter suffisamment de fusions pour répondre à cette question d'ici cinq à dix ans."

La constante de Hubble, le produit du travail d'Edwin Hubble et Georges Lemaître dans les années 1920, est l'un des nombres les plus importants de la cosmologie. La constante "est essentielle pour estimer la courbure de l'espace et l'âge de l'univers, tout en explorant son destin, " a déclaré Hiranya Peiris, co-auteur de l'étude, professeur de physique et d'astronomie à l'UCL.

"Nous pouvons mesurer la constante de Hubble en utilisant deux méthodes - l'une en observant les étoiles céphéides et les supernovae dans l'univers local, et une seconde utilisant des mesures du rayonnement de fond cosmique de l'univers primitif, mais ces méthodes ne donnent pas les mêmes valeurs, ce qui signifie que notre modèle cosmologique standard pourrait être défectueux."

Feeney, Peiris et ses collègues ont développé une technique universellement applicable qui calcule comment les données d'ondes gravitationnelles résoudront le problème.

Des ondes gravitationnelles sont émises lorsque des étoiles à neutrons binaires se rapprochent les unes des autres avant d'entrer en collision dans un flash lumineux qui peut être détecté par les télescopes. Des chercheurs de l'UCL ont été impliqués dans la détection de la première lumière d'un événement d'onde gravitationnelle en août 2017.

Les événements d'étoiles à neutrons binaires sont rares, mais ils sont inestimables pour fournir une autre voie pour suivre l'expansion de l'univers. Les ondes gravitationnelles qu'ils émettent provoquent des ondulations dans l'espace-temps qui peuvent être détectées par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) et les expériences Virgo, donnant une mesure précise de la distance du système à la Terre.

En détectant en plus la lumière de l'explosion qui l'accompagne, les astronomes peuvent déterminer la vitesse du système, et donc calculer la constante de Hubble en utilisant la loi de Hubble.

Pour cette étude, les chercheurs ont modélisé combien de telles observations seraient nécessaires pour résoudre le problème de la mesure précise de la constante de Hubble.

"Cela conduira à son tour à l'image la plus précise de l'expansion de l'univers et nous aidera à améliorer le modèle cosmologique standard, " a conclu le professeur Peiris.