La mesure du taux d’expansion de l’Univers pèse sur un débat de longue date en physique et en astronomie

Le travail est divisé en deux articles, respectivement publiés dans Sciencel’une des meilleures revues universitaires à comité de lecture au monde, et Le Journal astrophysiqueune revue scientifique d’astrophysique et d’astronomie à comité de lecture.

En astronomie, il existe deux mesures précises de l’expansion de l’Univers, également appelées “constante de Hubble”. L’un est calculé à partir d’observations proches de supernovae, et le second utilise le “fond cosmique de micro-ondes”, ou rayonnement qui a commencé à circuler librement dans l’Univers peu de temps après le Big Bang.

Cependant, ces deux mesures diffèrent d’environ 10%, ce qui a provoqué un large débat parmi les physiciens et les astronomes. Si les deux mesures sont exactes, cela signifie que la théorie actuelle des scientifiques sur la composition de l’univers est incomplète.

“Si de nouvelles mesures indépendantes confirment ce désaccord entre les deux mesures de la constante de Hubble, cela deviendrait une faille dans l’armure de notre compréhension du cosmos”, a déclaré Patrick Kelly, auteur principal des deux articles et professeur adjoint à l’Université. de l’École de physique et d’astronomie du Minnesota. “La grande question est de savoir s’il y a un problème possible avec l’une ou les deux mesures. Notre recherche aborde ce problème en utilisant une manière indépendante et complètement différente de mesurer le taux d’expansion de l’Univers.”

L’équipe dirigée par l’Université du Minnesota a pu calculer cette valeur en utilisant les données d’une supernova découverte par Kelly en 2014 – le tout premier exemple d’une supernova à images multiples, ce qui signifie que le télescope a capturé quatre images différentes du même événement cosmique. Après la découverte, des équipes du monde entier ont prédit que la supernova réapparaîtrait à une nouvelle position en 2015, et l’équipe de l’Université du Minnesota a détecté cette image supplémentaire.

Ces multiples images sont apparues parce que la supernova était lentille gravitationnellement par un amas de galaxies, un phénomène dans lequel la masse de l’amas se plie et amplifie la lumière. En utilisant les délais entre les apparitions des images de 2014 et 2015, les chercheurs ont pu mesurer la constante de Hubble en utilisant une théorie développée en 1964 par l’astronome norvégien Sjur Refsdal qui était auparavant impossible à mettre en pratique.

Les découvertes des chercheurs ne règlent pas absolument le débat, a déclaré Kelly, mais elles permettent de mieux comprendre le problème et rapprochent les physiciens de l’obtention de la mesure la plus précise de l’âge de l’Univers.

“Notre mesure favorise la valeur du fond cosmique des micro-ondes, bien qu’elle ne soit pas en fort désaccord avec la valeur de la supernova”, a déclaré Kelly. “Si les observations de futures supernovae qui sont également lentilles gravitationnellement par des amas donnent un résultat similaire, cela identifierait un problème avec la valeur actuelle de la supernova, ou avec notre compréhension de la matière noire des amas de galaxies.”

En utilisant les mêmes données, les chercheurs ont découvert que certains modèles actuels de matière noire d’amas de galaxies étaient capables d’expliquer leurs observations des supernovae. Cela leur a permis de déterminer les modèles les plus précis pour les emplacements de la matière noire dans l’amas de galaxies, une question qui tourmente depuis longtemps les astronomes.

Cette recherche a été financée principalement par la NASA par le biais du Space Telescope Science Institute et de la National Science Foundation.

En plus de Kelly, l’équipe comprenait des chercheurs de l’Institut d’astrophysique du Minnesota de l’Université du Minnesota ; l’Université de Caroline du Sud ; l’Université de Californie, Los Angeles; Université de Stanford; l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne; Sorbonne Université ; l’Université de Californie, Berkeley; l’Université de Toronto; Université Rutgers ; l’Université de Copenhague ; l’Université de Cambridge; l’Institut Kavli de cosmologie; Université Ben Gourion du Néguev; Université du Pays Basque ; l’Université de Cantabrie; Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (Conseil national espagnol de la recherche); les observatoires de la Carnegie Institution for Science ; l’Université de Portsmouth; Université de Durham ; l’Université de Californie, Santa Barbara ; l’Université de Tokyo ; l’Institut scientifique des télescopes spatiaux; l’Institut Leibniz d’Astrophysique de Potsdam ; l’Université du Michigan; Université nationale australienne ; Université Stony Brook; Université de Heidelberg; et l’Université de Chiba.