Nouvelle analyse des données de Webb mesure le taux d'expansion de l'univers, trouve qu'il pourrait ne pas y avoir de 'tension de Hubble'

14 août 2024

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par Louise Lerner, Université de Chicago

Nous connaissons de nombreuses choses sur notre univers, mais les astronomes débattent encore de la vitesse exacte à laquelle il s'étend. En fait, au cours des deux dernières décennies, deux méthodes principales pour mesurer ce nombre, connu sous le nom de "constante de Hubble", ont donné des réponses différentes, ce qui a amené certains à se demander s'il manquait quelque chose dans notre modèle de fonctionnement de l'univers.

Mais de nouvelles mesures du puissant télescope spatial James Webb semblent suggérer qu'il n'y a peut-être pas de conflit, également connu sous le nom de "tension de Hubble", après tout.

Dans un article soumis au Journal Astrophysical, actuellement disponible sur le serveur de prépublication arXiv, la cosmologiste de l'Université de Chicago, Wendy Freedman, et ses collègues ont analysé de nouvelles données prises par le puissant télescope spatial James Webb de la NASA. Ils ont mesuré la distance de 10 galaxies proches et obtenu une nouvelle valeur pour le taux auquel l'univers s'étend actuellement.

Leur mesure, 70 kilomètres par seconde par mégaparsec, chevauche l'autre méthode principale pour la constante de Hubble.

"Sur la base de ces nouvelles données du JWST et en utilisant trois méthodes indépendantes, nous ne trouvons pas de preuve forte d'une tension de Hubble", a déclaré Freedman, astronome de renom et professeure d'astronomie et d'astrophysique John et Marion Sullivan à l'Université de Chicago. "Au contraire, il semble que notre modèle cosmologique standard pour expliquer l'évolution de l'univers tienne bon."

Nous savons que l'univers s'expand au fil du temps depuis 1929, lorsque l'ancien d'UChicago, Edwin Hubble (Licence ès sciences 1910, doctorat 1917), a fait des mesures sur des étoiles indiquant que les galaxies les plus éloignées s'éloignaient de la Terre plus rapidement que les galaxies proches. Mais il a été étonnamment difficile de déterminer le nombre exact de la vitesse à laquelle l'univers s'étend actuellement.

Ce nombre, connu sous le nom de constante de Hubble, est essentiel pour comprendre l'histoire de l'univers. C'est une partie clé de notre modèle d'évolution de l'univers au fil du temps.

"Confirmer la réalité de la tension de la constante de Hubble aurait des conséquences significatives pour la physique fondamentale et la cosmologie moderne", a expliqué Freedman.

Étant donnée l'importance et aussi la difficulté de réaliser ces mesures, les scientifiques les testent avec différentes méthodes pour s'assurer qu'elles sont aussi précises que possible.

Une approche majeure implique l'étude de la lumière résiduelle consécutive au Big Bang, connue sous le nom de fond diffus cosmologique. La meilleure estimation actuelle de la constante de Hubble avec cette méthode, qui est très précise, est de 67,4 kilomètres par seconde par mégaparsec.

La deuxième méthode principale, dans laquelle Freedman est spécialisée, consiste à mesurer l'expansion des galaxies dans notre voisinage cosmique local directement, en utilisant des étoiles dont les luminosités sont connues. Tout comme les feux de voiture semblent plus faibles lorsqu'ils sont loin, à des distances de plus en plus grandes, les étoiles semblent de plus en plus faibles. Mesurer les distances et la vitesse à laquelle les galaxies s'éloignent de nous nous dit donc à quelle vitesse l'univers s'expand.

Dans le passé, les mesures avec cette méthode ont renvoyé un chiffre plus élevé pour la constante de Hubble, plus proche de 74 kilomètres par seconde par mégaparsec.

Cette différence est suffisamment grande pour que certains scientifiques spéculent qu'il pourrait manquer quelque chose de significatif dans notre modèle standard de l'évolution de l'univers. Par exemple, puisqu'une méthode regarde les premiers jours de l'univers et l'autre regarde l'époque actuelle, peut-être quelque chose de significatif a changé dans l'univers au fil du temps. Ce désaccord apparent est devenu connu sous le nom de "tension de Hubble".

Le télescope spatial James Webb, ou JWST, offre à l'humanité un nouvel outil puissant pour voir loin dans l'espace. Lancé en 2021, le successeur du télescope Hubble a pris des images d'une netteté étonnante, révélé de nouveaux aspects de mondes lointains, collecté des données sans précédent, ouvrant de nouvelles fenêtres sur l'univers.

Freedom et ses collègues ont utilisé le télescope pour mesurer dix galaxies proches qui posent les bases de la mesure du taux d'expansion de l'univers.

Pour vérifier leurs résultats, ils ont utilisé trois méthodes indépendantes. La première utilise un type d'étoile appelé une étoile variable céphéide, qui varie de manière prévisible dans sa luminosité au fil du temps. La deuxième méthode est connue sous le nom de "point de la branche des géantes rouges", et utilise le fait que les étoiles de faible masse atteignent une limite supérieure fixe de leur luminosité.

Le troisième, et le plus récent, méthode utilise un type d'étoiles appelées étoiles de carbone, qui ont des couleurs et des luminosités constantes dans le spectre infrarouge proche de la lumière. La nouvelle analyse est la première à utiliser simultanément ces trois méthodes, au sein des mêmes galaxies. Dans chaque cas, les valeurs étaient dans la marge d'erreur de la valeur donnée par la méthode du fond diffus cosmologique de 67,4 kilomètres par seconde par mégaparsec. "Obtenir un bon accord à partir de trois types d'étoiles complètement différents, pour nous, est un indicateur fort que nous sommes sur la bonne voie", a déclaré Freedman. 

"Les observations futures avec le JWST seront cruciales pour confirmer ou réfuter la tension de Hubble et évaluer les implications pour la cosmologie", a déclaré l'auteur de l'étude Barry Madore de l'Institution Carnegie pour la Science et professeur invité à l'Université de Chicago. Plus d'informations: Wendy L. Freedman et al, Status Report on the Chicago-Carnegie Hubble Program (CCHP): Three Independent Astrophysical Determinations of the Hubble Constant Using the James Webb Space Telescope, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.06153 Information sur la revue: Astrophysical Journal, arXiv Fourni par l'Université de Chicago