Au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont essayé d'aller au fond de ce qui semblait être une incohérence majeure dans l'univers. L'univers se développe au fil du temps, mais à quelle vitesse son expansion a semblé différer selon que vous avez regardé tôt dans l'histoire de l'univers ou de nos jours. Si cela est vrai, cela aurait posé un problème majeur au modèle standard qui représente notre meilleure compréhension de l'univers.
Mais grâce au nouveau télescope spatial James Webb, des scientifiques de l'Université de Chicago ont pu prendre de nouvelles et meilleures données – ce qui pourrait y avoir aucun conflit après tout.
« Ces nouvelles preuves suggèrent que notre modèle standard de l'univers se tient », a déclaré le professeur Wendy Freedman d'Uchicago, l'un des principaux chiffres du débat sur ce taux d'expansion, connu sous le nom de Hubble Constant.
« Cela ne signifie pas que nous ne trouverons pas des choses à l'avenir qui sont incompatibles avec le modèle, mais pour le moment, la constante de Hubble ne semble pas être ça », a-t-elle déclaré.
Espace, étoiles et supernovae
Il existe actuellement deux approches majeures pour calculer la vitesse à laquelle notre univers est en pleine expansion.
La première approche consiste à mesurer la lumière restante laissée du Big Bang, qui se déplace toujours à travers l'univers. Ce rayonnement, connu sous le nom de fond micro-ondes cosmique, informe les astronomes de ce à quoi ressemblaient les conditions dans les premiers temps de l'univers.
Freedman, le professeur d'astronomie et d'astrophysique de l'Université John et Marion Sullivan en astronomie, se spécialise dans une deuxième approche, qui est de mesurer à quelle vitesse l'univers se développe en ce moment, dans notre quartier astronomique local. Paradoxalement, cela est beaucoup plus difficile que de voir dans le temps, car la mesure avec précision des distances est très difficile.
Au cours du dernier demi-siècle environ, les scientifiques ont trouvé plusieurs façons de mesurer des distances relativement proches. On compte sur la capture de la lumière d'une classe particulière d'étoile à sa luminosité maximale, lorsqu'elle explose comme une supernova, à la fin de sa vie.
Si nous connaissons la luminosité maximale de ces supernovae, la mesure de leurs luminosités apparentes nous permet de calculer leur distance. Des observations supplémentaires nous indiquent à quelle vitesse la galaxie dans laquelle cette supernova s'est produite s'éloigne de nous. Freedman a également lancé deux autres méthodes qui utilisent ce que nous savons sur deux autres types d'étoiles: les étoiles géantes rouges et les étoiles de carbone.
Cependant, de nombreuses corrections doivent être appliquées à ces mesures avant qu'une distance finale puisse être déclarée. Les scientifiques doivent d'abord expliquer la poussière cosmique qui diminue la lumière entre nous et ces étoiles éloignées dans leurs galaxies hôtes. Ils doivent également vérifier et corriger les différences de luminosité qui peuvent survenir pendant le temps cosmique. Enfin, des incertitudes de mesure subtiles dans l'instrumentation utilisée pour effectuer les mesures doivent être identifiées et corrigées.
Mais avec des avancées technologiques telles que le lancement du télescope spatial James Webb beaucoup plus puissant en 2021, les scientifiques ont pu affiner de plus en plus ces mesures.
« Nous avons plus que doublé notre échantillon de galaxies utilisées pour calibrer les supernovae », a déclaré Freedman. « L'amélioration statistique est importante. Cela renforce considérablement le résultat. »
Le dernier calcul de Freedman, qui intègre les données du télescope Hubble et du télescope spatial James Webb, trouve une valeur de 70,4 kilomètres par seconde par Megaparsec, plus ou moins 3%.
Cela apporte sa valeur en accord statistique avec les mesures récentes de l'arrière-plan micro-ondes cosmiques, qui est de 67,4, plus ou moins 0,7%. L'œuvre est publiée dans Le journal astrophysique.
Webb a quatre fois la résolution du télescope Hubble, ce qui lui permet d'identifier les étoiles individuelles précédemment détectées dans des groupes flous. Il est également environ 10 fois comme sensible, ce qui offre une précision plus élevée, et la capacité de trouver des objets encore plus faibles d'intérêt.
« Nous voyons vraiment à quel point le télescope spatial James Webb est fantastique pour mesurer avec précision les distances aux galaxies », a déclaré le co-auteur Taylor Hoyt du Lawrence Berkeley Laboratory.
« En utilisant ses détecteurs infrarouges, nous pouvons voir à travers la poussière qui a historiquement affligé une mesure précise des distances, et nous pouvons mesurer avec une précision beaucoup plus grande les luminosité des étoiles », a ajouté le co-auteur Barry Madore, de la Carnegie Institution for Science.
'Extraordinairement difficile'
Freedman a expliqué que les astrophysiciens ont essayé de proposer une théorie qui aurait expliqué différents taux d'expansion à mesure que l'univers vieillit.
« Il y a eu bien plus de 1 000 articles qui ont essayé d'attaquer ce problème, et cela s'est avéré extraordinairement difficile à faire », a-t-elle déclaré.
Les scientifiques essaient toujours de trouver des fissures dans le modèle standard qui décrit l'univers, qui pourrait fournir des indices sur la nature de deux grands mystères exceptionnels – la matière et l'énergie sombre. Mais la constante de Hubble ne semble pas être l'endroit à regarder.
Freedman et son équipe utiliseront le télescope Webb l'année prochaine pour obtenir des mesures dans un groupe de galaxies appelé le cluster de coma, qui devrait fournir plus de données sous un angle différent, a-t-elle déclaré.
« Ces mesures nous permettront de mesurer directement la constante de Hubble, sans l'étape supplémentaire d'avoir besoin des supernovae. Je suis optimiste à résoudre ceci au cours des prochaines années, alors que nous augmentons la précision pour effectuer ces mesures », a-t-elle déclaré.
