Une nouvelle technique de calcul de la constante de Hubble a été démontrée par des astronomes, qui consiste à chronométrer les intervalles entre différentes photos d'une supernova à lentille.
La variable Cepheid, une étoile pulsante dans la nébuleuse d'Andromède, a été remarquée pour la première fois il y a 100 ans cette année par Edwin Hubble. La très faible luminosité de l'étoile indiquait qu'elle devait être très éloignée et qu'Andromède devait être une galaxie différente - la première indication que la Voie lactée n'était pas la seule galaxie de l'univers. Alors que Hubble continuait à découvrir plus de galaxies, il découvrit qu'elles étaient toutes en expansion cosmique et s'éloignaient de nous, comme le démontre la soi-disant constante de Hubble.
L'expansion a maintenant été étudiée par des astronomes à l'aide des données d'une autre étoile, une supernova explosive dont la lumière a été déviée sur son chemin vers la Terre. L'équipe a obtenu une valeur de la constante de Hubble inférieure aux estimations basées sur les céphéides et d'autres marqueurs de distance. Cette valeur a été obtenue en déterminant un délai temporel entre différentes photos de la supernova. D'autres observations seront nécessaires avant que les scientifiques puissent utiliser les supernovae à lentilles comme accéléromètre précis pour l'expansion cosmique, car les barres d'erreur sont élevées pour le nouveau résultat.
La force gravitationnelle courbant la lumière produit une supernova à lentille. La lumière d'une supernova est courbée autour de la galaxie par la gravité de la galaxie alors qu'elle est derrière la galaxie vue de la Terre.
Semblable à une loupe, ce mouvement grossit et déforme l'image de l'astre. Cette lentille peut parfois produire plusieurs images de l'étoile, chacune apparaissant dans une position différente dans le ciel. Une telle collection d'images amène la lumière à voyager vers la Terre le long de différentes routes et à atteindre la Terre à différents moments. L'idée de déterminer la constante de Hubble à l'aide de temporisations a été introduite en 1964 par l'astronome Sjur Refsdal. Mais trouver une supernova multi-images s'est avéré difficile.
Cinquante ans après la proposition de Refsdal, la chance lui a enfin souri. Patrick Kelly, alors à l'Université de Californie à Berkeley et maintenant à l'Université du Minnesota, a découvert une vue à quatre lentilles de la même supernova sur une image prise par le télescope spatial Hubble en décembre 2014.
Bien que l'équipe n'ait pas été en mesure de déterminer les intervalles de temps exacts entre ces photos, Kelly et ses collègues ont pu prédire l'arrivée d'une cinquième image sur la base de travaux antérieurs dans cette région du ciel. Cette hypothèse a été faite sur la base du fait que la supernova détectée était cachée derrière un amas de galaxies au lieu d'une seule galaxie, offrant des routes alternatives à la lumière de la supernova vers la Terre. La cinquième image est apparue en décembre 2015, environ 376 jours après les quatre premières images, alors que les astronomes poursuivaient leur veille. La densité de masse massive de l'amas a provoqué ce long délai, ce qui est avantageux pour la mesure de l'expansion cosmique.
La valeur de la constante de Hubble est inversement proportionnelle au délai, soutient Kelly, ce qui rend approprié d'attendre un an.
Cependant, le délai à lui seul ne suffit pas pour calculer la constante de Hubble. De plus, les astronomes doivent déterminer les itinéraires exacts empruntés par la lumière de la supernova pour atteindre la Terre. Pour cela, ils utilisent des modèles de distribution de masse à travers l'amas de galaxies. Parce qu'une grande partie de cette masse est cachée par de la matière noire invisible, les résultats des modèles sont incohérents. Pour contourner ce problème, Kelly et ses collègues ont examiné les prédictions des modèles concernant la position de la photo la plus récente et la luminosité relative des images de supernova ultérieures.
Sur la base de cette évaluation, ils ont développé un modèle optimal de distribution de masse qu'ils ont ensuite utilisé pour calculer la constante de Hubble de 65 km/s/Mpc, où Mpc signifie mégaparsecs.
La marge d'erreur est d'environ 6 %, soit 4 km/h/Mpc.
Les cosmologistes s'intéressent aux nouvelles techniques de mesure de la constante de Hubble car les résultats des deux approches les plus couramment utilisées ne sont pas concluants. La première technique s'appuie sur les recherches de Hubble il y a un siècle, utilisant des céphéides et d'autres objets bien caractérisés tels que les masers et les supernovae de type 1a pour déterminer les distances cosmiques. Selon le lauréat du prix Nobel Adam Riess de l'Université Johns Hopkins dans le Maryland, "Hubble serait surpris de voir que nous utilisons encore des céphéides".
De telles observations de distance cosmique ont permis à Riess et à ses collègues de calculer avec précision la constante de Hubble, qu'ils ont déterminée à 73 km/s/Mpc. Cette mesure diffère de la mesure effectuée à l'aide du fond diffus cosmologique, qui donne 67 km/h/Mpc. La tension de Hubble ou cette différence de 9% est toujours un grand mystère.
La plage de tension de Hubble est faible pour le résultat de supernova à lentille de Kelly et al. Cependant, cette valeur chevauche les deux autres en raison de la taille des barres d'erreur. "Je ne pense pas que [la mesure de la supernova à lentille] dise quoi que ce soit de significatif sur la constante de Hubble", déclare Riess pour le moment.
Une façon de réduire les barres d'erreur dans la dernière prédiction de Hubble consiste à améliorer les modèles de distribution de masse dans le cluster, qui est la lentille de la lumière de supernova vue. Selon Kelly, les futures observations de JWST (le télescope qui remplacera Hubble) pourraient aider à déterminer la masse de l'amas. Il y a aussi l'espoir de voir plus de supernovae à lentilles. Une supernova à lentille séparée a récemment été découverte par des scientifiques utilisant JWST. Selon Kelly, "j'ai bon espoir que cette supernova révélera quelque chose d'intéressant".
Les recherches futures, telles que celles prévues pour l'observatoire Rubin au Chili dans les années à venir, devraient trouver des centaines d'autres supernovae à lentilles, selon Sherry Juice de l'Institut Max Planck d'astrophysique en Allemagne. Les supernovae à lentilles sont extrêmement rares depuis lors, selon Suyu. "Les supernovae lentriques annoncent une ère passionnante !"
Source : physics.aps.org/articles/v16/85
📩 19/05/2023 15:35