Étude : Les valeurs contradictoires de la constante de Hubble ne sont pas dues à une erreur de mesure

Les astronomes ont effectué de nouvelles mesures de la planète Hubble est réparéIl s'agit d'une mesure de la rapidité avec laquelle l'univers s'étend, en combinant les données du télescope spatial Hubble et du télescope spatial James Webb. Leurs résultats ont confirmé l'exactitude des mesures précédentes de Hubble de la valeur de la constante, selon leurs résultats. Article récent Il a été publié dans The Astrophysical Journal Letters, avec pour conséquence une divergence de longue date entre les valeurs obtenues par diverses méthodes d'observation connues sous le nom de « tenseur de Hubble ».

Il fut un temps où les scientifiques pensaient que l’univers était statique, mais cela a changé avec la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. Alexander Friedmann a publié un ensemble d'équations montrant que l'univers pourrait effectivement être en expansion en 1922, et Georges Lemaitre a ensuite effectué une dérivation indépendante pour parvenir à la même conclusion. Edwin Hubble a confirmé cette expansion avec des données d'observation en 1929. Avant cela, Einstein avait tenté de modifier la relativité générale en ajoutant une constante cosmologique afin d'obtenir un univers fixe à partir de sa théorie ; Après la découverte de Hubble, La légende ditIl a qualifié cet effort de sa plus grande erreur.

Comme mentionné précédemment, la constante de Hubble est une mesure de l’expansion de l’univers exprimée en kilomètres par seconde par mégaparsec. Par conséquent, chaque seconde, chaque million de parsecs de l’univers s’étend d’un certain nombre de kilomètres. Une autre façon de voir les choses est de considérer un objet relativement stationnaire à un million de parsecs : chaque seconde, il s'éloigne de plusieurs kilomètres.

Combien de kilomètres? C'est le problème ici. Les scientifiques utilisent trois méthodes pour mesurer la constante de Hubble : en regardant les objets proches pour voir à quelle vitesse ils se déplacent, les ondes gravitationnelles produites par la collision de trous noirs ou d'étoiles à neutrons, et en mesurant de minuscules aberrations dans la rémanence du Big Bang connu sous le nom de Cosmique. fond micro-ondes (CMB). Cependant, différentes approches ont trouvé des valeurs différentes. Par exemple, le suivi de supernovae lointaines a produit une valeur de 73 kilomètres par seconde Mpc, tandis que les mesures du rayonnement CMB utilisant le satellite Planck ont ​​produit une valeur de 67 kilomètres par seconde Mpc.

L'année dernière, des chercheurs ont effectué une troisième mesure indépendante de l'expansion de l'univers en suivant le comportement d'une supernova à lentille gravitationnelle, où la distorsion de l'espace-temps provoquée par un objet massif agit comme une lentille pour agrandir un objet d'arrière-plan. Les meilleurs ajustements entre ces modèles se situaient juste en dessous de la constante de Hubble dérivée du CMB, avec une différence dans l'erreur statistique. Les valeurs plus proches de celles dérivées d’autres mesures de supernova étaient nettement mieux adaptées aux données. Cette méthode est nouvelle, avec beaucoup d’incertitude, mais elle fournit un moyen indépendant pour arriver à la constante de Hubble.

« Nous l'avons mesuré en utilisant les informations du fond diffus cosmologique et avons obtenu une valeur unique », a écrit John Timmer, rédacteur en chef d'Ars Science. « Nous l'avons mesuré en utilisant la distance apparente des objets dans l'univers actuel et avons obtenu une valeur qui différait d'environ 10 pour cent. Pour autant que chacun puisse le dire, il n'y a rien de mal avec l'une ou l'autre mesure, et il n'y a aucun moyen clair de la mesurer. » Amenez-les à se mettre d'accord. » Une hypothèse est que l'univers primitif a brièvement connu une sorte de « coup de pied » de gravité répulsive (semblable à l'idée de l'énergie noire) qui s'est ensuite mystérieusement arrêté et a disparu. Mais cela reste une spéculation, bien qu'intéressante. , idée pour les physiciens.

Cette dernière mesure dépend de Confirmé l'année dernière Sur la base des données de Webb, les mesures du taux d'expansion effectuées par Hubble étaient précises, au moins pour les premiers échelons de l'échelle de distance cosmique. Mais il existe toujours la possibilité d’erreurs non encore détectées qui pourraient permettre d’approfondir davantage (et donc de remonter dans le temps) l’univers, notamment pour mesurer la luminosité d’étoiles lointaines.

Une nouvelle équipe a donc effectué des observations supplémentaires d'étoiles variables céphéides – un total de 1 000 étoiles dans cinq galaxies hôtes situées jusqu'à 130 millions d'années-lumière – et les a liées aux données de Hubble. Le télescope Webb est capable de voir au-delà de la poussière interstellaire qui a rendu les images de ces étoiles par Hubble plus floues et plus superposées, de sorte que les astronomes peuvent facilement distinguer les étoiles individuelles.

Les résultats ont également confirmé l'exactitude des données de Hubble. « Nous avons maintenant couvert toute l'étendue de ce que Hubble a observé, et nous pouvons exclure avec une très grande confiance toute erreur de mesure comme cause de la gigue de Hubble. » a déclaré le co-auteur et chef d'équipe Adam Rees, physicien à l'Université Johns Hopkins. « La combinaison de Webb et de Hubble nous offre le meilleur des deux mondes. Nous constatons que les mesures de Hubble restent fiables à mesure que nous progressons sur l'échelle de la distance cosmique. Une fois les erreurs de mesure éliminées, ce qui reste est la possibilité réelle et passionnante que nous ayons mal compris l'univers. »

Les lettres du journal astrophysique, 2024. DOI : 10.3847/2041-8213/ad1ddd (À propos des identifiants numériques).