Des astronomes proposent une méthode de “sirène spectrale” pour comprendre l’évolution de l’univers

Un souverain cosmique

Un débat scientifique majeur en cours porte sur la vitesse exacte à laquelle l’univers s’étend – un nombre appelé la constante de Hubble. Les différentes méthodes disponibles jusqu’à présent donnent des réponses légèrement différentes, et les scientifiques sont impatients de trouver d’autres moyens de mesurer ce taux. Vérifier l’exactitude de ce nombre est particulièrement important car il affecte notre compréhension de questions fondamentales telles que l’âge, l’histoire et la composition de l’univers.

La nouvelle étude offre un moyen de faire ce calcul, en utilisant des détecteurs spéciaux qui captent les échos cosmiques des collisions de trous noirs.

De temps en temps, deux trous noirs se percutent – un événement si puissant qu’il crée littéralement une ondulation dans l’espace-temps qui se propage à travers l’univers. Ici sur Terre, l’observatoire américain d’interféromètre laser à ondes gravitationnelles (LIGO) et l’observatoire italien Virgo peuvent capter ces ondulations, appelées ondes gravitationnelles.

Au cours des dernières années, LIGO et Virgo ont collecté les lectures de près de 100 paires de trous noirs en collision.

Le signal de chaque collision contient des informations sur la masse des trous noirs. Mais le signal a voyagé à travers l’espace, et pendant ce temps l’univers s’est étendu, ce qui change les propriétés du signal. “Par exemple, si vous preniez un trou noir et que vous le mettiez plus tôt dans l’univers, le signal changerait et cela ressemblerait à un trou noir plus gros qu’il ne l’est réellement”, a expliqué l’astrophysicien de UChicago Daniel Holz, l’un des deux auteurs de l’étude. papier.

Si les scientifiques peuvent trouver un moyen de mesurer comment ce signal a changé, ils peuvent calculer le taux d’expansion de l’univers. Le problème est le calibrage : comment savent-ils combien ça change de l’original ?

Dans leur nouvel article, Holz et le premier auteur Jose María Ezquiaga suggèrent qu’ils peuvent utiliser nos nouvelles connaissances sur l’ensemble de la population de trous noirs comme outil d’étalonnage. Par exemple, les preuves actuelles suggèrent que la plupart des trous noirs détectés ont entre cinq et 40 fois la masse de notre soleil. “Nous mesurons donc les masses des trous noirs à proximité et comprenons leurs caractéristiques, puis nous regardons plus loin et voyons à quel point ces autres semblent avoir changé”, a déclaré Ezquiaga, boursier postdoctoral Einstein de la NASA et boursier du Kavli Institute for Cosmological Physics. travailler avec Holz à UChicago. “Et cela vous donne une mesure de l’expansion de l’univers.”

Les auteurs l’appellent la méthode “sirène spectrale”, une nouvelle approche de la méthode “sirène standard” dont Holz et ses collaborateurs ont été les pionniers. (Le nom fait référence aux méthodes de la « bougie standard » également utilisées en astronomie.)

Les scientifiques sont ravis car à l’avenir, à mesure que les capacités de LIGO se développeront, la méthode pourrait fournir une fenêtre unique sur les années “d’adolescence” de l’univers – il y a environ 10 milliards d’années – qui sont difficiles à étudier avec d’autres méthodes.

Les chercheurs peuvent utiliser le fond cosmique des micro-ondes pour observer les tout premiers instants de l’univers, et ils peuvent observer les galaxies proches de notre propre galaxie pour étudier l’histoire plus récente de l’univers. Mais la période intermédiaire est plus difficile à atteindre et c’est un domaine d’intérêt scientifique particulier.

“C’est à cette époque que nous sommes passés de la matière noire comme force prédominante dans l’univers à l’énergie noire prenant le relais, et nous sommes très intéressés par l’étude de cette transition critique”, a déclaré Ezquiaga.

L’autre avantage de cette méthode, selon les auteurs, est qu’il y a moins d’incertitudes créées par des lacunes dans nos connaissances scientifiques. “En utilisant toute la population de trous noirs, la méthode peut se calibrer, en identifiant et en corrigeant directement les erreurs”, a déclaré Holz. Les autres méthodes utilisées pour calculer la constante de Hubble reposent sur notre compréhension actuelle de la physique des étoiles et des galaxies, qui implique beaucoup de physique et d’astrophysique compliquées. Cela signifie que les mesures peuvent être un peu faussées s’il y a quelque chose que nous ne savons pas encore.

En revanche, cette nouvelle méthode de trou noir repose presque uniquement sur la théorie de la gravité d’Einstein, qui est bien étudiée et a résisté à toutes les façons dont les scientifiques ont essayé de la tester jusqu’à présent.

Plus ils auront de lectures de tous les trous noirs, plus cet étalonnage sera précis. “Nous avons besoin de préférence de milliers de ces signaux, que nous devrions avoir dans quelques années, et encore plus dans la prochaine décennie ou deux”, a déclaré Holz. “À ce stade, ce serait une méthode incroyablement puissante pour en savoir plus sur l’univers.”

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université de Chicago. Original écrit par Louise Lerner. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.