Ce graphique illustre la relation période-luminosité de Céphéide, que les scientifiques utilisent pour calculer la taille, l'âge et le taux d'expansion de l'Univers. Crédit: NASA / JPL-Caltech / Carnegie
À quelle vitesse notre univers se développe-t-il? Au cours des décennies, différentes estimations ont été utilisées et ont suscité des débats animés sur ces approximations, mais maintenant les données du télescope spatial Spitzer ont fourni la mesure la plus précise à ce jour de la constante de Hubble, ou la vitesse à laquelle notre univers s'étire. Le résultat? L'Univers s'agrandit un peu plus vite qu'on ne le pensait.
La valeur nouvellement affinée de la constante de Hubble est de 74,3 plus ou moins 2,1 kilomètres par seconde par mégaparsec.
L'estimation la plus précédente provenait d'une étude du télescope spatial Hubble, à 74,2 plus ou moins 3,6 kilomètres par seconde par mégaparsec. Un mégaparsec représente environ 3 millions d'années-lumière.
Pour effectuer les nouvelles mesures, les scientifiques de Spitzer ont examiné des étoiles pulsantes appelées étoiles variables céphiées, profitant de pouvoir les observer dans une lumière infrarouge à grande longueur d'onde. En outre, les résultats ont été combinés avec des données publiées précédemment par la sonde d'anisotropie hyperfréquence Wilkinson (WMAP) de la NASA sur l'énergie sombre. La nouvelle détermination ramène l'incertitude à 3%, un bond de géant dans la précision des mesures cosmologiques, selon les scientifiques.
WMAP a obtenu une mesure indépendante de l'énergie sombre, qui est censée gagner une bataille contre la gravité, séparant le tissu de l'univers. La recherche basée sur cette accélération a valu aux chercheurs le prix Nobel de physique 2011.
La constante de Hubble doit son nom à l'astronome Edwin P. Hubble, qui a étonné le monde dans les années 1920 en confirmant que notre univers était en expansion depuis son explosion il y a 13,7 milliards d'années. À la fin des années 1990, les astronomes ont découvert que l'expansion s'accélère ou s'accélère avec le temps. La détermination du taux d'expansion est essentielle pour comprendre l'âge et la taille de l'univers.
"C'est un énorme casse-tête", a déclaré l'auteure principale de la nouvelle étude, Wendy Freedman des observatoires de la Carnegie Institution for Science à Pasadena. "C'est excitant que nous ayons pu utiliser Spitzer pour résoudre des problèmes fondamentaux en cosmologie: la vitesse précise à laquelle l'univers se développe à l'heure actuelle, ainsi que la mesure de la quantité d'énergie sombre dans l'univers sous un autre angle." Freedman a dirigé l'étude révolutionnaire du télescope spatial Hubble qui avait précédemment mesuré la constante de Hubble.
Glenn Wahlgren, scientifique du programme Spitzer au siège de la NASA à Washington, a déclaré que les meilleures vues des céphéides ont permis à Spitzer d'améliorer les mesures antérieures de la constante de Hubble.
"Ces étoiles pulsantes sont des échelons vitaux dans ce que les astronomes appellent l'échelle de distance cosmique: un ensemble d'objets avec des distances connues qui, lorsqu'ils sont combinés avec les vitesses auxquelles les objets s'éloignent de nous, révèlent le taux d'expansion de l'univers", a déclaré Wahlgren.
Les céphéides sont cruciales pour les calculs car leurs distances de la Terre peuvent être mesurées facilement. En 1908, Henrietta Leavitt découvre que ces étoiles pulsent à un rythme directement lié à leur luminosité intrinsèque.
Pour visualiser pourquoi c'est important, imaginez que quelqu'un s'éloigne de vous tout en portant une bougie. Plus la bougie voyageait loin, plus elle s'éteignait. Sa luminosité apparente révélerait la distance. Le même principe s'applique aux céphéides, bougies standard dans notre cosmos. En mesurant leur luminosité dans le ciel et en les comparant à leur luminosité connue comme s'ils étaient de près, les astronomes peuvent calculer leur distance de la Terre.
Spitzer a observé 10 céphéides dans notre propre galaxie de la Voie lactée et 80 dans une galaxie voisine appelée le Grand Nuage de Magellan. Sans que la poussière cosmique ne bloque leur vue, l'équipe de recherche Spitzer a pu obtenir des mesures plus précises de la luminosité apparente des étoiles, et donc de leurs distances. Ces données ont ouvert la voie à une nouvelle estimation améliorée du taux d’expansion de notre univers.
"Il y a un peu plus de dix ans, utiliser les mots" précision "et" cosmologie "dans la même phrase n'était pas possible, et la taille et l'âge de l'univers n'étaient pas mieux connus qu'un facteur de deux", a déclaré Freedman. «Maintenant, nous parlons de précisions de quelques pour cent. C'est assez extraordinaire. »
"Spitzer fait encore une fois de la science au-delà de ce pour quoi il a été conçu", a déclaré le scientifique du projet Michael Werner au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Werner travaille sur la mission depuis sa première phase de conception, il y a plus de 30 ans. "Premièrement, Spitzer nous a surpris par sa capacité novatrice à étudier les atmosphères d'exoplanètes", a déclaré Werner, "et maintenant, dans les dernières années de la mission, il est devenu un précieux outil de cosmologie."
L'étude est publiée dans le Astrophysical Journal.
Document sur arXiv: un étalonnage infrarouge moyen de la constante de Hubble
Source: JPL
