Représentation par un artiste de deux étoiles à neutrons fusionnant et libérant des ondes gravitationnelles.
(Image: © R. Hurt / Caltech-JPL)
en cours d'analyse ondule dans le tissu de l'espace et du temps créé par des paires d'étoiles mortes pourrait bientôt résoudre un mystère cosmique entourant la vitesse à laquelle l'univers se développe - si les scientifiques ont de la chance.
C'est le verdict d'une nouvelle étude, qui pourrait également éclairer le sort ultime de l'univers, ont déclaré les chercheurs qui y ont travaillé.
Le cosmos a poursuivi son expansion depuis sa naissance il y a environ 13,8 milliards d'années. En mesurant le taux actuel d'expansion de l'univers, connu sous le nom de Constante de Hubble, les scientifiques peuvent déduire l'âge du cosmos et les détails de son état actuel. Ils peuvent même utiliser le numéro pour essayer d'apprendre le sort de l'univers, par exemple s'il va s'étendre pour toujours, s'effondrer sur lui-même ou se déchirer complètement.
Les scientifiques utilisent deux méthodes principales pour mesurer la constante de Hubble. L'une consiste à surveiller les objets à proximité dont les scientifiques comprennent bien les propriétés, comme les explosions stellaires connues sous le nom de supernovas et les étoiles pulsantes appelées Variables céphéides, afin d'estimer leurs distances puis d'en déduire le taux d'expansion de l'univers. L'autre se concentre sur le fond cosmique des micro-ondes, le rayonnement résiduel du Big Bang, et examine comment il a changé au fil du temps pour calculer la vitesse à laquelle le cosmos s'est agrandi.
Cependant, cette paire de techniques a donné deux résultats différents pour la valeur de la constante de Hubble. Les données du fond des micro-ondes cosmiques suggèrent que l'univers se développe actuellement à un rythme d'environ 41,6 miles (67 kilomètres) par seconde par 3,26 millions d'années-lumière, tandis que les données des supernovas et des céphéides dans l'univers proche suggèrent un taux d'environ 45,3 miles ( 73 km) par seconde pour 3,26 millions d'années-lumière.
Cet écart suggère que le modèle cosmologique standard - la compréhension par les scientifiques de la structure et de l'histoire de l'univers - pourrait être faux. Résoudre ce débat, connu sous le nom de Conflit constant de Hubble, pourrait éclairer l'évolution et le sort ultime du cosmos.
Dans la nouvelle étude, les physiciens suggèrent que les données futures des ondulations dans le tissu de l'espace et du temps connues sous le nom d'ondes gravitationnelles pourraient aider à sortir de cette impasse. "Le conflit constant de Hubble - le plus grand indice que nous avons que notre modèle de l'univers est incomplet - est résolu en cinq à 10 ans", a déclaré Stephen Feeney, auteur principal de l'étude, astrophysicien au Flatiron Institute de New York, à Space.com.
Selon Einstein théorie de la relativité générale, la gravité résulte de la façon dont la masse déforme l'espace-temps. Lorsqu'un objet avec une masse se déplace, il devrait produire des ondes gravitationnelles qui zippent à la vitesse de la lumière, s'étirant et serrant l'espace-temps le long du chemin.
Les ondes gravitationnelles sont extraordinairement faibles, et ce n'est qu'en 2016 que les scientifiques en ont détecté la première preuve directe. En 2017, les scientifiques ont également détecté des ondes gravitationnelles provenant d'étoiles à neutrons en collision, des restes d'étoiles qui ont péri lors d'explosions catastrophiques appelées supernovas. Si les restes d'une étoile ne sont pas assez massifs pour s'effondrer pour devenir des trous noirs, ils finiront à la place comme une étoile à neutrons, ainsi nommée parce que sa force gravitationnelle est suffisamment forte pour écraser les protons avec les électrons pour former des neutrons.
Contrairement aux trous noirs, les étoiles à neutrons émettent de la lumière visible, tout comme leurs collisions. Les ondes gravitationnelles de ces fusions, appelées «sirènes standard», aideront les scientifiques à déterminer leur distance de la Terre, tandis que la lumière de ces collisions aidera à déterminer la vitesse à laquelle elles se déplaçaient par rapport à la Terre. Les chercheurs peuvent ensuite utiliser ces deux ensembles de données pour calculer la constante de Hubble. Selon Feeney et ses collègues, l'analyse des collisions entre environ 50 paires d'étoiles à neutrons au cours des cinq à 10 prochaines années pourrait fournir suffisamment de données pour déterminer la meilleure mesure à ce jour de la constante de Hubble.
Cependant, cette estimation dépend de la fréquence à laquelle les collisions neutrons-étoiles se produisent. "Il existe une incertitude considérable quant au taux de fusions d'étoiles à neutrons - nous n'avons, après tout, vu qu'un seul à ce jour ", a déclaré Feeney." Si nous avons été très chanceux de le voir, et les fusions sont en fait beaucoup plus rares que nous le pensons, alors en observant le nombre de fusions nécessaires pour expliquer la constante de Hubble le conflit pourrait prendre plus de temps que ce que nous avons déclaré dans notre travail. "
Les ondes gravitationnelles peuvent finir par supporter une valeur pour la constante de Hubble par rapport à l'autre, mais elles peuvent également déterminer une nouvelle troisième valeur pour la constante de Hubble, a déclaré Feeney. Si cela se produit, cela pourrait conduire à de nouvelles perspectives concernant le comportement des supernovas, des céphéides ou des étoiles à neutrons, a-t-il ajouté.
Les scientifiques ont détaillé leurs découvertes en ligne le 14 février dans la revue Physical Review Letters.
