L’observation la plus précise à ce jour d’étoiles lointaines dont la luminosité change périodiquement peut inciter à repenser la vitesse à laquelle l’univers s’étend – peut-être en résolvant ou en approfondissant un problème de longue date en cosmologie.
L’observation confirme qu’il existe un écart entre les deux principales méthodes de mesure de la vitesse Univers Étendre, s’aligner sur l’un et pas sur l’autre, rapporte une nouvelle étude.
Les chercheurs du groupe Stellar ont utilisé les données collectées par l’Europe Jaya vaisseau spatial pour étude Étoiles variables céphéides, qui pulse régulièrement, fournissant une méthode pour mesurer avec précision les distances cosmiques. La technique de mesure des étoiles céphéides se développe pour inclure d’autres méthodes, telles que celles basées sur des observations de type 1a supernovae.
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La lumière émise par les supernovae, les explosions géantes qui se produisent à la fin de la vie des grandes étoiles, est si uniforme qu’elles sont appelées « bougies standard » et constituent une partie importante de ce que les astronomes appellent « l’échelle de distance cosmique ». » La méthode de mesure de la distance des étoiles céphéides ajoute un autre « échelon » à cette échelle métaphorique, et cette nouvelle recherche a renforcé cet échelon.
« Nous avons développé un moyen de rechercher des céphéides appartenant à des amas d’étoiles de plusieurs centaines d’étoiles en testant si les étoiles se déplacent ensemble à travers Voie LactéeCo-auteur de l’étude Richard Anderson, physicien à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse, il a dit dans un communiqué (Ouvre dans un nouvel onglet).
« Grâce à cette astuce, nous pouvons tirer parti de la meilleure connaissance des mesures de parallaxe de Gaia tout en profitant de l’augmentation de la résolution offerte par de nombreuses étoiles de l’amas », a déclaré Anderson. « Cela nous a permis de pousser la résolution des vues de Gaia à leurs limites et fournit la base la plus solide sur laquelle l’échelle de distance peut reposer. »
L’échelle de distance cosmique est également utilisée pour mesurer le taux d’expansion de l’univers, connu sous le nom de Constante de Hubble. Ce nouveau recalibrage du « degré » Céphéide approfondit le problème du taux d’expansion de l’univers, connu sous le nom de « tension de Hubble ».
Quelle est la tension de Hubble ?
Au début du XXe siècle, les ondes de choc sont devenues populaires en physique et en astronomie lorsque Edwin Hubble Il a révélé la preuve que l’univers n’est pas statique, comme on le pensait à l’époque, mais qu’il est en fait en expansion. Ainsi, ce taux d’expansion est devenu connu sous le nom de constante de Hubble.
Ce concept a subi un bouleversement majeur à la fin des années 1990, lorsque les astronomes ont découvert grâce à des observations de supernovae lointaines que non seulement l’univers est en expansion, mais qu’il le fait également. à un rythme accéléré. Depuis lors, la mesure de la constante de Hubble est devenue une question épineuse pour les astronomes et les cosmologistes, car il existe deux façons principales de déterminer cette valeur — et ils ne sont pas d’accord.
Une méthode est utilisée galaxiesLes vitesses en fonction de la distance donnent une valeur constante de Hubble d’environ 73 ± 1 kilomètres par seconde par mégaparsec (km/s/Mpc), 1 mégaparsec représentant environ 3,26 millions d’années-lumière. C’est ce qu’on appelle la solution du « temps tardif », car elle provient de mesures de l’univers à une époque récente.
L’autre façon de mesurer la constante de Hubble est de regarder la lumière d’un événement peu de temps après le Big Bang C’est ce qu’on appelle la « dernière diffusion », où les électrons se combinent avec les protons pour former les premiers atomes. Étant donné que les électrons libres avaient auparavant dispersé trop loin les photons (particules de lumière), les empêchant de voyager très loin, cet événement signifiait que la lumière était soudainement autorisée à voyager librement à travers l’univers.
Cette « première lueur » est maintenant perçue comme Fond de micro-ondes cosmique (CMB), et il remplit l’univers presque uniformément, à l’exception de petites différences. Lorsque les astronomes mesurent ces petites variations de ce rayonnement fossile, ils prédisent une valeur moderne pour la constante de Hubble d’environ 67,5 ± 0,5 km/sec/million de blocs.
Curieusement, les différences entre les deux estimations de la constante de Hubble n’ont fait qu’augmenter à mesure que les techniques de mesure des deux ont été affinées et sont devenues plus précises. Cette différence de 5,6 km/s/mégapasc, et les problèmes généraux qui l’entourent, sont appelés la « tension de Hubble ». C’est un problème sérieux pour les cosmologistes, car cela suggère que quelque chose ne va pas dans notre compréhension des lois physiques fondamentales qui régissent l’univers.
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Les variantes céphéides choisissent un camp
Anderson a expliqué pourquoi une différence de quelques kilomètres/seconde/Mpc dans la constante de Hubble est si importante, même compte tenu de la vaste échelle de l’univers. (La largeur de l’univers visible seul est estimée à environ 29 000 MPC.)
« Cet écart est d’une grande importance », a déclaré Anderson. « Supposons que vous vouliez construire un tunnel en forant dans deux côtés opposés d’une montagne. Si vous avez bien compris le type de roche et si vos calculs sont corrects, les deux trous que vous forez se rencontreront au centre. Mais s’ils le font non, alors vous vous êtes trompé, soit vos calculs sont faux, soit vous vous trompez sur le type de roche.
Anderson a déclaré que cela est similaire à la tension de Hubble et à ce qui se passe avec la constante de Hubble.
Il a ajouté : « Plus nous sommes sûrs de l’exactitude de nos calculs, plus nous concluons que l’écart signifie que notre compréhension de l’univers est erronée et que l’univers n’est pas tout à fait ce que nous pensions. »
L’étalonnage amélioré de l’instrument Cepheid Variable Measurement signifie que cette technique « prend enfin parti » dans le débat sur la tension de Hubble, fournissant un accord avec la solution du « temps tardif ».
« Notre étude confirme le taux d’expansion de 73 km/s/Mpc, mais plus important encore, elle fournit également les étalonnages les plus précis et les plus fiables des céphéides en tant qu’instruments de mesure de distance à ce jour », a déclaré Anderson. « Cela signifie que nous devons repenser les concepts fondamentaux qui forment la base de notre compréhension générale de la physique. »
Les résultats de l’équipe ont également d’autres implications. Par exemple, l’étalonnage plus précis des céphéides aide à mieux révéler la forme de notre galaxie, ont déclaré les membres de l’équipe d’étude.
« Parce que nos mesures sont si précises, elles nous donnent un aperçu de la géométrie de la Voie lactée », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Mauricio Cruz Reyes, Ph.D. étudiant dans le groupe de recherche d’Anderson, a-t-il déclaré dans le même communiqué. « Extrêmement précis Dosage (Ouvre dans un nouvel onglet) Notre développement nous permettra de mieux déterminer la taille et la forme de la Voie lactée en tant que galaxie à disque plat et sa distance par rapport aux autres galaxies, par exemple.
La nouvelle étude a été publiée la semaine dernière dans la revue Astronomie et astrophysique (Ouvre dans un nouvel onglet).
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