Dans les années 1920, le débat faisait rage parmi les scientifiques sur la taille de l’Univers et la nature des nébuleuses. Certains d'entre eux
Le scientifique a calculé la distance à la nébuleuseAndromède et a montré qu'elle est plus grande que la taille de la Voie lactée, ce qui signifie que nous parlons d'une galaxie distincte. Et en 1929, le scientifique publie un article dans lequel, basé sur des observations de plusieurs galaxies connues, il montre qu'elles s'éloignent de la Terre dans des directions différentes. La règle qui établit la relation entre la distance à une galaxie et sa vitesse radiale s'appelle la loi de Hubble ou la loi de Hubble-Lemaitre.
Le prêtre et astrophysicien belge Georges Lemaitre est arrivé aux mêmes conclusions deux ans avant Hubble, mais son article, publié en français et dans un magazine impopulaire, est passé inaperçu.
Le modèle cosmologique moderne est basé surprincipe de l'expansion de l'univers. Cependant, des méthodes d'observation alternatives donnent des valeurs différentes pour sa vitesse. Les scientifiques continuent de développer de nouvelles façons de mettre enfin un terme à ce problème. Et après cela, déterminez avec précision l'âge, l'évolution et la composition de l'univers.
Carte de l'expansion de l'univers. Image : NASA, équipe scientifique WMAP
L'univers est-il en expansion ?
Il n'y a pas de réponse exacte à cette question caril est impossible de sortir du système et de voir de l'extérieur comment les choses se passent réellement. Mais la théorie de l'univers en expansion décrit le mieux les observations.
Tout d'abord, l'exploration spatiale révèledécalage vers le rouge : il s'est avéré que plus les objets sont éloignés de nous, plus leur rayonnement est décalé vers la partie rouge du spectre. Dans son article, Hubble a montré la relation entre la distance et le redshift. De plus, il a découvert que la vitesse des objets qui s'éloignent est proportionnelle à la distance qui les sépare. Ces observations sont mieux corrélées avec l'expansion métrique (linéaire).
Deuxièmement, les observations cosmologiques à grande échelleavec une résolution profonde, ils ont découvert que bien qu'à l'échelle locale, l'Univers soit une structure « grumeleuse » (les galaxies forment des groupes séparés par des vides), à de grandes distances, il est homogène.
Troisièmement, l'homogénéité de l'espace, causée par l'expansion de l'Univers dans toutes les directions, confirme l'homogénéité de la distribution des sursauts gamma lointains et des explosions de supernova.
Et enfin, les observations de l'espace européenles observatoires montrent que le CMB était beaucoup plus chaud dans les temps anciens. Le refroidissement uniforme progressif des traces du Big Bang est également cohérent avec la théorie d'un univers en expansion uniforme.
Comment la constante de Hubble est-elle mesurée ?
La valeur de la constante qui définitla relation entre la vitesse de déplacement des galaxies et leur distance est estimée en mesurant le redshift des galaxies lointaines, puis en déterminant leurs distances par une autre méthode autre que la loi de Hubble.
Les premières mesures de la constante ont été réalisées par Edwin lui-mêmeHubble. En observant la nébuleuse d'Andromède à l'aide du télescope de 100 pouces (254 cm) de l'observatoire du mont Wilson, le scientifique a identifié des étoiles brillantes individuelles dans sa composition. Parmi eux se trouvaient les Céphéides. Il s'agit d'une classe de variables pulsatoires de géantes et supergéantes jaunes, pour lesquelles la relation entre la période de pulsation et la luminosité est bien étudiée.
En mesurant les deux paramètres, le scientifique a calculéla distance à ces étoiles, ainsi que le redshift des galaxies, qui permet de déterminer leur vitesse radiale. Le coefficient de proportionnalité obtenu par Hubble était d'environ 500 km/s par mégaparsec (Mpc). Cela signifie que les objets situés à une distance d'environ 3,26 millions d'années-lumière (1 Mpc) de la Terre devraient s'éloigner de nous à une vitesse de 500 km/s, 32,6 millions d'années-lumière - 5 000 km/s, etc.
Une image de la galaxie d'Andromède dans laquelle EdwinHubble a noté l'étoile variable découverte (à gauche) et son image Hubble détaillée (à droite). Image de gauche : Observatoires Carnegie. Image de droite : NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
La valeur obtenue par Hubble est significativediffère des observations modernes. Cela est dû au fait que le scientifique ne connaissait pas les lois découvertes plus tard qui affectent la dépendance de la période et de la luminosité des Céphéides, ainsi que l'influence de la vitesse propre du groupe local de galaxies.
Les observations modernes donnent des résultats contradictoiresrésultats. Des mesures de l'Univers tardif similaires à celles effectuées par Hubble, mais avec des données plus récentes et des instruments plus puissants (dont un télescope spatial nommé d'après le scientifique), prédisent une constante cosmologique de 73 ± 1 km/s par Mpc. Et les données obtenues dans l'étude du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes de l'Univers primordial sont de 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Schéma de mesure d'une constante à l'aide du télescope Hubble. Image : NASA, ESA, A. Feild (STScI) et A. Riess (STScI/JHU)
Existe-t-il des alternatives ?
Dans un article publié en août dans la revuePhysical Review Letters, des scientifiques de l'Université de Chicago proposent d'utiliser les ondes gravitationnelles générées lors de la collision de trous noirs pour mesurer le taux d'expansion de l'univers.
Un effet similaire au redshift se produitlors de la propagation des ondes gravitationnelles. Collision de trous noirs supermassifs, un événement puissant. Il provoque des ondes gravitationnelles dans l'espace-temps qui se propagent comme des ondulations sur l'eau provenant d'une pierre tombée.
Cette "ondulation" est mesurée sur Terre par l'américainl'observatoire d'ondes gravitationnelles interférométrique laser (LIGO) et l'observatoire italien Virgo. Depuis plusieurs années, les deux observatoires collectent des données sur la collision de plus de 100 paires de trous noirs.
Le signal de chaque collision contientdes informations sur la masse des trous noirs. Mais en raison de l'expansion de l'univers, il est déformé. En conséquence, un trou noir plus éloigné commence à apparaître plus massif.
Les scientifiques proposent d'utiliser les données accumuléessur les trous noirs afin de « calibrer » l’appareil. Par exemple, les preuves actuelles suggèrent que la plupart des trous noirs découverts ont une masse comprise entre 5 et 40 fois la masse de notre Soleil.
Les chercheurs croient que si vous mesurez les massesdes paires de trous noirs en collision les plus proches de nous, puis progressons progressivement, puis sur un grand nombre d'exemples, il est possible d'établir à quel point les masses «observées» de trous noirs changent à mesure que la distance augmente. C'est cette valeur qui déterminera le taux d'expansion de l'univers.
Une illustration de la fusion de deux trous noirs. Image : Projet de simulation d'eXtreme Spacetimes (SXS), Université de Chicago
L'inconvénient de la plupart des méthodes modernesl'observation de l'expansion de l'espace est que les causes individuelles qui faussent le résultat obtenu peuvent ne pas encore être connues. Hubble ne connaissait pas tous les facteurs qui affectent la relation entre la luminosité et la périodicité des pulsations chez les céphéides, de sorte que ses mesures contenaient des erreurs. De plus, les idées modernes sur l'Univers, la matière et la propagation des ondes électromagnétiques peuvent être incomplètes.
Contrairement aux observations cosmologiques, la méthodeproposé par des scientifiques de Chicago, n'utilise que la théorie de la gravité, qui est bien mieux comprise. Ainsi, il y avait une chance de mettre fin à la question du taux d'expansion de l'Univers.
Lire la suite:
L'éjection de masse coronale record à Bételgeuse est 400 milliards de fois plus grande que le soleil
Megalodon a mangé un animal de la taille d'un épaulard à la fois
Everest a trouvé des traces d'ADN qui ne devraient pas être là