Une supernova réapparaissante offre une nouvelle mesure de l'expansion de l'univers.

Un accapareur de caméra cosmique aide les astronomes à déterminer le taux d'expansion de l'univers.

Des images de la supernova Refsdal sont apparues plusieurs fois dans la constellation du Lion, grâce à la lumière de l'explosion stellaire qui a cheminé à travers le champ gravitationnel d'un amas de galaxies. Les chercheurs rapportent en ligne le 11 mai dans Science que l'analyse des retards entre les apparitions de Refsdal fournit une nouvelle mesure de la constante de Hubble. Cette constante décrit à quelle vitesse les galaxies s'éloignent les unes des autres à mesure que l'univers se dilate. La nouvelle mesure contribue maintenant au débat sur la vitesse à laquelle l'univers se dilate.

Les supernovas sont les explosions massives qui marquent la fin du cycle de vie de certaines étoiles. Ce sont parmi les événements les plus violents et brillants de l'univers. En 2014, l'astronome Patrick Kelly de l'Université du Minnesota à Minneapolis a découvert la supernova Refsdal dans des images du télescope spatial Hubble.

Au lieu d'une seule explosion dans le ciel, Kelly explique que "nous avons vu quatre images". Ils ont formé un motif connu sous le nom de croix d'Einstein. La croix est le résultat de la gravité d'un amas de galaxies entre nous et Refsdal qui déforme l'espace et le temps pour créer une lentille gravitationnelle qui dévie la lumière sur son chemin vers nous.

La position et les temps d'arrivée des images que nous voyons dépendent de trois choses : la distribution de la matière dans l'amas de galaxies qui constitue l'objectif, les distances entre la Terre, l'objectif et la supernova, et la constante de Hubble. L'effet combiné sur la lumière de Refsdal est tellement fort qu'en 2014, Kelly a prédit qu'une image supplémentaire de la supernova serait retardée d'une année supplémentaire. Et effectivement, la lumière de Refsdal est réapparue dans le ciel en 2015 (SN : 1/5/16).

Les nouvelles calculs de Kelly et de ses collègues améliorent considérablements une mesure de la constante de Hubble de 2018 en utilisant les apparitions de Refsdal, la situant à environ 66,6 kilomètres par seconde par mégaparsec, sur la base de modèles de lentilles gravitationnelles qui correspondent le plus étroitement à leurs observations. "La modélisation méticuleuse du système [de la lentille], ainsi que les forces gravitationnelles qu'il génère, ont permis [à l'équipe] de réduire la marge d'erreur dans l'estimation de la constante de Hubble de plus d'un facteur deux", explique l'astronome Vivian Miranda de l'Université de Stony Brook à New York, qui n'a pas participé à la nouvelle étude.

Les études qui estiment la constante de Hubble de diverses manières ne sont pas bien d'accord entre elles. Une méthode qui se base sur la lumière ancienne laissée par les premiers temps cosmiques suggère que l'univers se dilate à environ 67 km/s/Mpc. C'est proche de la valeur trouvée par le groupe de Kelly. Mais une estimation de l'expansion qui utilise les distances des supernovas basées sur leur luminosité est à environ 74 km/s/Mpc (SN 7/30/19).

"La valeur prévue de la constante de Hubble est très sensible à la dynamique de l'univers, tant dans le passé lointain que dans le présent récent", explique Miranda. "Si notre compréhension de l'univers est exacte, toutes les différentes méthodes de mesure de la constante de Hubble devraient s'aligner".

Résoudre la différence entre les différentes valeurs de la constante de Hubble est crucial pour expliquer des phénomènes tels que l'énergie sombre, qui semble accélérer l'expansion de l'univers (SN : 3/21/98).

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Il faudra une autre supernova et lentille pour faire un grand bond de précision par rapport à l'étude Refsdal. Une image récurrente d'une supernova dans la constellation de Cetus qui devrait apparaître en 2037 pourrait faire l'affaire (SN : 9/13/21). Entre-temps, Kelly dit que des affinements supplémentaires dans le modèle de la lentille gravitationnelle qui a causé des images multipliées de Refsdal pourraient améliorer un peu les estimations de la constante de Hubble.

"C'est le premier exemple de ce type de mesure", dit Kelly. "Cela ouvre la voie à des mesures supplémentaires et à une précision accrue", ce qui pourrait approfondir la compréhension des astronomes sur notre univers en expansion constante.