Publié le 7 décembre 2023 14:35:00. Une équipe internationale d’astronomes a affiné la mesure du taux d’expansion de l’univers en utilisant une méthode innovante basée sur la déformation de la lumière par la gravité, ravivant le débat sur une possible nouvelle physique au-delà de nos modèles cosmologiques actuels.
- Une nouvelle méthode d’observation, la cosmographie à retardement, permet de mesurer le taux d’expansion de l’univers de manière indépendante des techniques traditionnelles.
- Les résultats obtenus sont en accord avec les mesures récentes, mais divergent de celles basées sur l’étude du fond diffus cosmologique, alimentant la « tension de Hubble ».
- Les chercheurs espèrent réduire la marge d’erreur de leurs mesures pour déterminer si cette divergence est due à des erreurs systématiques ou à la découverte de phénomènes physiques inconnus.
Des chercheurs de l’Université de Tokyo, en collaboration avec des astronomes de plusieurs institutions internationales, ont mis au point une approche originale pour mesurer le taux d’expansion de l’univers, également connu sous le nom de constante de Hubble. Leur étude, publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics, s’appuie sur l’observation de quasars distants et l’utilisation de galaxies massives comme des « lentilles gravitationnelles ».
La cosmographie à retardement, la méthode employée, exploite le phénomène de déformation de la lumière lorsqu’elle passe à proximité d’un objet massif. Une galaxie massive située entre la Terre et un quasar lointain agit comme une lentille, courbant et déformant la lumière émise par ce dernier. Cette déformation crée plusieurs images du même quasar, chacune suivant un chemin différent et atteignant l’observateur avec un léger décalage temporel. En analysant ces décalages temporels et en combinant ces informations avec des modèles de la distribution de masse de la galaxie lentille, les chercheurs peuvent affiner le calcul de l’accélération de l’expansion cosmique.
Les mesures obtenues par l’équipe se situent autour de 73 kilomètres par seconde par mégaparsec (km/s/Mpc), une valeur cohérente avec les estimations issues de l’observation de supernovae et de céphéides, des étoiles variables utilisées comme « chandelles standard » pour mesurer les distances dans l’univers. Cependant, ces résultats entrent en conflit avec les mesures basées sur l’étude du fond diffus cosmologique (CMB), le rayonnement fossile relique du Big Bang. L’analyse du CMB suggère une constante de Hubble plus faible, d’environ 67 km/s/Mpc.
Cette divergence, connue sous le nom de « tension de Hubble », constitue un défi majeur pour la cosmologie actuelle. Elle pourrait indiquer la présence d’erreurs systématiques dans les méthodes de mesure, ou, plus excitant, la nécessité de réviser nos modèles de l’univers pour intégrer une nouvelle physique.
« Notre mesure de la constante de Hubble est plus cohérente avec d’autres observations actuelles et moins cohérente avec les mesures de l’univers primitif. Cela montre que la tension de Hubble pourrait provenir de la physique réelle et pas seulement d’une source d’erreur inconnue dans les différentes méthodes. »
Kenneth Wong, astronome
L’avantage de la méthode développée par l’équipe japonaise réside dans son indépendance vis-à-vis des échelles de distance traditionnelles, qui pourraient être sources d’erreurs. Selon Eric Paic, chercheur impliqué dans l’étude, l’objectif principal était d’améliorer la méthodologie.
« L’objectif principal de ce travail était d’améliorer notre méthodologie, et nous devons maintenant augmenter la taille de l’échantillon pour améliorer la précision et déterminer la contrainte de Hubble avec certitude. »
Eric Paic, chercheur
La précision actuelle de la méthode est d’environ 4,5 %. Pour confirmer l’origine de la tension de Hubble, les chercheurs estiment qu’il est nécessaire de réduire la marge d’erreur à moins de 1 ou 2 %. Les projets futurs de l’équipe incluent l’analyse d’un plus grand nombre de systèmes de lentilles gravitationnelles, l’amélioration des techniques de mesure et l’identification et la correction des sources potentielles d’erreurs systématiques. Une incertitude majeure réside dans la connaissance précise de la distribution de la masse au sein des galaxies lentilles, pour laquelle des modèles simplifiés sont souvent utilisés.
La détermination précise de la constante de Hubble est cruciale pour comprendre l’âge, la destinée et l’évolution de l’univers. Une différence significative entre les valeurs obtenues par différentes méthodes pourrait ouvrir la voie à la découverte de nouvelles lois physiques et à une meilleure compréhension des mystères de l’univers.
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