La lentille gravitationnelle de la supernova donne une nouvelle valeur à la constante de Hubble – Physics World

Une étude de la façon dont la lumière d'une supernova lointaine a été lentille gravitationnellement lors de son voyage vers la Terre a été utilisée pour calculer une nouvelle valeur pour la constante de Hubble - un paramètre important qui décrit l'expansion de l'univers. Bien que ce dernier résultat n'ait pas surpris les astronomes, des observations similaires à l'avenir pourraient nous aider à comprendre pourquoi différentes techniques ont jusqu'à présent donné des valeurs très différentes pour la constante de Hubble.

L'univers est en expansion depuis sa création lors du Big Bang il y a 13.7 milliards d'années. Dans les années 1920, l'astronome américain Edwin Hubble a observé que les galaxies plus éloignées de la Terre semblaient s'éloigner de la Terre plus rapidement que les galaxies plus proches de nous. Il l'a fait en mesurant le décalage vers le rouge de la lumière de ces galaxies - qui est l'étirement de la longueur d'onde de la lumière qui se produit lorsqu'un objet s'éloigne d'un observateur.

La relation linéaire entre la distance et la vitesse qu'il a mesurée est décrite par la constante de Hubble et les astronomes ont depuis développé plusieurs techniques pour la mesurer.

Les astronomes sont cependant perplexes, car différentes mesures ont fourni des valeurs très différentes pour la constante de Hubble. Les mesures du rayonnement de fond diffus cosmologique (CRB) par le satellite Planck de l'Agence spatiale européenne donnent une valeur d'environ 67 km/s/Mpc. Cependant, les mesures impliquant des observations de supernovae de type 1a effectuées par la collaboration SH0ES donnent une valeur d'environ 73 km/s/Mpc. Les incertitudes dans ces mesures sont d'environ 1 à 2 %, il existe donc une nette tension entre les deux techniques. Les astronomes veulent savoir pourquoi et découvrir qu'ils développent de nouvelles façons de mesurer la constante de Hubble.

Maintenant, les astronomes ont mesuré la constante de Hubble en utilisant la lumière d'une supernova qui a explosé il y a 9.34 milliards d'années. Sur son chemin vers la Terre, la lumière a traversé un amas de galaxies et a été déviée par l'immense champ gravitationnel de l'amas, qui a concentré la lumière vers la Terre. Cet effet est appelé lentille gravitationnelle.

Distribution de masse grumeleuse

La distribution grumeleuse de la masse dans l'amas a créé un champ gravitationnel complexe qui a envoyé la lumière de la supernova le long de plusieurs chemins différents vers la Terre. Lorsque la supernova a été observée pour la première fois en 2014, elle est apparue sous la forme de quatre points lumineux. Alors que les quatre points disparaissaient, un cinquième est apparu 376 jours plus tard. Cette lumière a été retardée par le chemin plus long qu'elle avait emprunté à travers l'amas.

Au cours de ces 376 jours, l'univers s'est étendu, ce qui signifie que la longueur d'onde de la lumière arrivant tardivement a été décalée vers le rouge. En mesurant ce redshift supplémentaire, une équipe dirigée par Patrick Kelly de l'Université du Minnesota a pu calculer la constante de Hubble. En utilisant plusieurs modèles de distribution de masse différents pour les clusters, l'équipe a trouvé des valeurs pour la constante de 64.8 km/s/Mpc ou 66.6 km/s/Mpc.

La mesure du retard de la supernova semblerait à première vue favoriser la valeur de Planck de la constante de Hubble par rapport à SH0ES. Cependant, les mesures précédentes de retard de temps de la lumière du quasar observées par le H0LiCOW collaboration donne une valeur de 73.3 km/s/Mpc – donc plus proche de SH0ES.

Bien que cela puisse sembler déroutant, le collègue de Kelly Tommaso Treu de l'Université de Californie à Los Angeles souligne que les derniers résultats ne sont pas surprenants.

«Ils ne sont pas très différents», dit-il. "Dans les incertitudes, cette nouvelle mesure est cohérente avec les trois [Planck, SH0ES et H0LiCOW]."

Xérès Suyu de l'Institut Max Planck d'astrophysique en Allemagne, qui dirige le projet H0LiCOW et n'a pas été impliqué dans ces nouvelles mesures de retard, n'y voit pas non plus nécessairement de paradoxe.

Promesse d'avenir

"Cette valeur [de la supernova] provient d'un système à lentille unique, et compte tenu de ses barres d'erreur, la mesure est statistiquement cohérente avec les résultats des quasars à lentilles de H0LiCOW", dit-elle.

L'incertitude dans la mesure du retard de la supernova est liée à la façon dont la masse est distribuée dans la galaxie - la quantité de matière noire et de matière baryonique (normale) présente et la façon dont elle est répartie dans l'amas. L'équipe de Kelly et Treu a utilisé une variété de modèles, et les différences entre les modèles constituent une grande partie de l'incertitude de leurs valeurs pour la constante de Hubble.

Trouver une constante cohérente

"La précision des faibles mesures constantes de Hubble présentées ici n'est tout simplement pas suffisante pour s'opposer à la valeur SH0ES plus élevée", déclare Daniel Mortlock de l'Imperial College de Londres, qui n'a pas non plus participé à la recherche.

Pourtant, Mortlock pense que ce calcul de la constante de Hubble à partir de la mesure du retard d'une supernova est un point de repère. Jusqu'à présent, seules quelques supernovae à lentilles ont été découvertes, mais dans les années à venir, lorsque le Observatoire Vera C. Rubin au Chili, qui arbore un télescope géant de 8.4 mètres, est mis en ligne, le nombre de découvertes de supernova à lentilles devrait augmenter considérablement.

"Jolie" oeuvre

"Dans l'ensemble, je pense que c'est un beau travail de faire cette mesure, mais l'aspect le plus excitant de cela est peut-être la promesse future, car des enquêtes comme Rubin découvriront de nombreux autres systèmes de ce type", déclare Mortlock.

L'augmentation du nombre de supernovae à lentilles entraînera une plus grande précision dans les mesures de la constante de Hubble, ce qui aidera à réduire les barres d'erreur et à confirmer si ces données corroborent les résultats de Planck ou SH0ES. Certains théoriciens ont même a suggéré que la nouvelle physique peut être nécessaire pour expliquer la tension de Hubble, en supposant qu'elle est réelle et non une erreur systématique non reconnue dans les observations.

"De toute évidence, plus de précision est nécessaire pour contribuer à la résolution de la tension de Hubble", conclut Treu. "Mais c'est une première étape importante."

La recherche est décrite dans Sciences.

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• La source: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/