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L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?
Actualités

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?

L’Univers ne révèle pas facilement ses secrets. En effet, même s’il ne fait aucun doute que l’expansion de l’Univers est réelle, l’histoire de cette expansion, ses variations au cours du temps et son rythme restent encore mal connus. Les mesures précises du fond diffus cosmologique – le premier rayonnement émis dans l’Univers quand il était âgé de 380 000 ans – par le satellite Planck ont permis de construire une vue d’ensemble cohérente de l'histoire de l'Univers. Cependant, ce tableau pourrait être remis en question par d’autres méthodes d’observation.

Une équipe menée par Sherry Suyu, de l’institut Max-Planck d’astrophysique, à Munich, et à laquelle participent Vivien Bonvin et Frédéric Courbin de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, a utilisé les images de quasars – des galaxies très actives lointaines – déformées par effet de lentille gravitationnelle pour estimer le taux d’expansion actuel de l’Univers. Leurs résultats ne s’accordent pas avec ceux de la mission Planck. Ils suggèrent que l’expansion cosmique est plus rapide qu’on ne le pensait. Pour l’expliquer, certains physiciens pensent qu’il faudra revoir certains aspects du modèle standard de la cosmologie.

La question de l’expansion de l’Univers a près d’un siècle. Dans les années 1920, alors que le belge Georges Lemaître proposait que l’Univers est en expansion, Edwin Hubble, de l’autre côté de l’océan Atlantique, observait que plus les galaxies sont distantes, plus elles s’éloignent rapidement : exactement ce qui était attendu si l'univers est en expansion. Hubble a évalué ce taux d’expansion – par la suite nommé « constante de Hubble » – à près de 500 kilomètres par seconde et par mégaparsec (1 parsec = 3,26 années-lumière) en se fondant sur l’observation de 46 galaxies. Depuis, les techniques de mesure et le nombre de galaxies observées ont  considérablement progressé, et la valeur de la constante de Hubble a été revue à la baisse. En 2015, les membres de la collaboration Planck ont ainsi évalué le taux d’expansion actuel à 67,8 kilomètres par seconde et par mégaparsec. Cependant cette estimation est indirecte, car elle ne peut être calculée indépendamment des autres paramètres du modèle cosmologique, et il faut donc faire certaines hypothèses. L’année dernière, l’astronome américain Adam Riess et son équipe ont trouvé une valeur plus élevée, d’environ 73 kilomètres par seconde et par mégaparsec, en utilisant la même méthode qu’Edwin Hubble, fondée sur la mesure de la distance et de la vitesse d’étoiles particulières, les céphéides, et d’explosions d’étoiles en supernovae. Même en prenant en compte les incertitudes sur ces deux mesures, les résultats de Planck et ceux d’Adam Riess ne sont pas compatibles.

Pour tenter de clarifier la situation, ou du moins donner des pistes pour résoudre ces incohérences, il est faut donc faire appel à d’autres approches indépendantes. En 1964, l’astrophysicien norvégien Sjur Refsdal a esquissé une méthode en utilisant les lentilles gravitationnelles. D’après la relativité générale, une forte concentration de masse déforme l’espace-temps et dévie donc la trajectoire de la lumière passant à proximité. Ainsi, une galaxie peut altérer le parcours de la lumière venant d’une source d'arrière plan. L’image de l’objet lointain est déformée et apparaît parfois démultipliée. Les trajets empruntés par la lumière composant ces images multiples étant de longueur différente, deux photons émis en même temps par la source d'arrière plan mais empruntant des parcours différents n’arrivent pas en même temps à l’observateur. Sjur Refsdal a montré que la mesure de ces délais temporels permet de calculer la constante de Hubble avec une bonne précision.

Vivien Bonvin, Frédéric Courbin et leurs collègues, dans le cadre de la collaboration H0LiCOW, ont utilisé les données du programme COSMOGRAIL, mené par l’EPFL, qui surveille depuis 2004 une vingtaine de quasars déformés par des lentilles gravitationnelles. La luminosité de ces galaxies à noyau actif varie de façon aléatoire, ce qui permet de reconnaître des motifs dans leur émission lumineuse et d’estimer les délais temporels induits par la lentille gravitationnelle. Les chercheurs ont également utilisé les données du télescope spatial Hubble et de télescopes au sol pour avoir une bonne connaissance de la distribution de masse des galaxies jouant le rôle des lentilles gravitationnelles. En améliorant une technique déjà utilisée en 2010 et 2014 pour deux quasars, ils ont étudié le quasar HE 0435-1223, observé pendant 13 ans et dont la lentille donne quatre images distinctes. Ils ont ainsi mesuré le délai entre les images, qui peut atteindre une dizaine de jours (et jusqu’à 91 jours pour le quasar RXJ1131 analysé en 2014 !) et en ont déduit la constante de Hubble. Leur estimation est de 71,9 kilomètres par seconde et par mégaparsec, avec une précision de 3,8 %. Une valeur est en bon accord avec les mesures effectuées sur les céphéides et les supernovae par l’équipe d’Adam Riess.

Comment expliquer le désaccord avec les données de Planck sur le fond diffus cosmologique ? Le fait que la méthode des lentilles gravitationnelle et celle des céphéides donnent des valeurs proches pourrait être le signe d'un problème dans l’interprétation du fond diffus cosmologique. Ainsi, certaines hypothèses faites pour calculer la constante de Hubble avec les données de Planck pourraient être à revoir, comme supposer que la géométrie de l’Univers est euclidienne ou que la nature de l’énergie sombre est celle d'une constante cosmologique.

Cependant, il n’est pas exclu que des facteurs d’incertitude non pris en compte entachent l’une ou l’autre des expériences. Récemment, Mickael Rigault, de l’institut de physique nucléaire de Lyon, a analysé les résultats d’Adam Riess et ses collègues en prenant en compte certains effets astrophysiques dans la sélection des supernovae. Après réexamen, la constante de Hubble s’approche de 70 kilomètres par seconde et par mégaparsec et la tension avec les résultats de Planck disparaît. Il est encore trop tôt pour savoir ce qu'il en est exactement. L’équipe de H0LiCOW compte analyser encore deux autres quasars associés à des lentilles gravitationnelles. Dans tous les cas, ces études indépendantes sont très utiles pour la cosmologie, car elles obligent à repenser les analyses afin de comprendre pourquoi les mesures semblent incompatibles.


Source : Pour la science
Crédit : ESA/Hubble, Nasa

Une galaxie massive déforme l’espace-temps et le trajet des rayons lumineux qui passent à proximité. Cet effet de lentille gravitationnelle crée quatre images d’un même quasar situé en arrière-plan (les points blancs).

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ? Actualités

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?

L’Univers ne révèle pas facilement ses secrets. En effet, même s’il ne fait aucun doute que l’expansion de l’Univers est réelle, l’histoire de cette expansion, ses variations au cours du temps et son rythme restent encore mal connus. Les mesures précises du fond diffus cosmologique – le premier rayonnement émis dans l’Univers quand il était âgé de 380 000 ans – par le satellite Planck ont permis de construire une vue d’ensemble cohérente de l'histoire de l'Univers. Cependant, ce tableau pourrait être remis en question par d’autres méthodes d’observation.

Une équipe menée par Sherry Suyu, de l’institut Max-Planck d’astrophysique, à Munich, et à laquelle participent Vivien Bonvin et Frédéric Courbin de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, a utilisé les images de quasars – des galaxies très actives lointaines – déformées par effet de lentille gravitationnelle pour estimer le taux d’expansion actuel de l’Univers. Leurs résultats ne s’accordent pas avec ceux de la mission Planck. Ils suggèrent que l’expansion cosmique est plus rapide qu’on ne le pensait. Pour l’expliquer, certains physiciens pensent qu’il faudra revoir certains aspects du modèle standard de la cosmologie.

La question de l’expansion de l’Univers a près d’un siècle. Dans les années 1920, alors que le belge Georges Lemaître proposait que l’Univers est en expansion, Edwin Hubble, de l’autre côté de l’océan Atlantique, observait que plus les galaxies sont distantes, plus elles s’éloignent rapidement : exactement ce qui était attendu si l'univers est en expansion. Hubble a évalué ce taux d’expansion – par la suite nommé « constante de Hubble » – à près de 500 kilomètres par seconde et par mégaparsec (1 parsec = 3,26 années-lumière) en se fondant sur l’observation de 46 galaxies. Depuis, les techniques de mesure et le nombre de galaxies observées ont  considérablement progressé, et la valeur de la constante de Hubble a été revue à la baisse. En 2015, les membres de la collaboration Planck ont ainsi évalué le taux d’expansion actuel à 67,8 kilomètres par seconde et par mégaparsec. Cependant cette estimation est indirecte, car elle ne peut être calculée indépendamment des autres paramètres du modèle cosmologique, et il faut donc faire certaines hypothèses. L’année dernière, l’astronome américain Adam Riess et son équipe ont trouvé une valeur plus élevée, d’environ 73 kilomètres par seconde et par mégaparsec, en utilisant la même méthode qu’Edwin Hubble, fondée sur la mesure de la distance et de la vitesse d’étoiles particulières, les céphéides, et d’explosions d’étoiles en supernovae. Même en prenant en compte les incertitudes sur ces deux mesures, les résultats de Planck et ceux d’Adam Riess ne sont pas compatibles.

Pour tenter de clarifier la situation, ou du moins donner des pistes pour résoudre ces incohérences, il est faut donc faire appel à d’autres approches indépendantes. En 1964, l’astrophysicien norvégien Sjur Refsdal a esquissé une méthode en utilisant les lentilles gravitationnelles. D’après la relativité générale, une forte concentration de masse déforme l’espace-temps et dévie donc la trajectoire de la lumière passant à proximité. Ainsi, une galaxie peut altérer le parcours de la lumière venant d’une source d'arrière plan. L’image de l’objet lointain est déformée et apparaît parfois démultipliée. Les trajets empruntés par la lumière composant ces images multiples étant de longueur différente, deux photons émis en même temps par la source d'arrière plan mais empruntant des parcours différents n’arrivent pas en même temps à l’observateur. Sjur Refsdal a montré que la mesure de ces délais temporels permet de calculer la constante de Hubble avec une bonne précision.

Vivien Bonvin, Frédéric Courbin et leurs collègues, dans le cadre de la collaboration H0LiCOW, ont utilisé les données du programme COSMOGRAIL, mené par l’EPFL, qui surveille depuis 2004 une vingtaine de quasars déformés par des lentilles gravitationnelles. La luminosité de ces galaxies à noyau actif varie de façon aléatoire, ce qui permet de reconnaître des motifs dans leur émission lumineuse et d’estimer les délais temporels induits par la lentille gravitationnelle. Les chercheurs ont également utilisé les données du télescope spatial Hubble et de télescopes au sol pour avoir une bonne connaissance de la distribution de masse des galaxies jouant le rôle des lentilles gravitationnelles. En améliorant une technique déjà utilisée en 2010 et 2014 pour deux quasars, ils ont étudié le quasar HE 0435-1223, observé pendant 13 ans et dont la lentille donne quatre images distinctes. Ils ont ainsi mesuré le délai entre les images, qui peut atteindre une dizaine de jours (et jusqu’à 91 jours pour le quasar RXJ1131 analysé en 2014 !) et en ont déduit la constante de Hubble. Leur estimation est de 71,9 kilomètres par seconde et par mégaparsec, avec une précision de 3,8 %. Une valeur est en bon accord avec les mesures effectuées sur les céphéides et les supernovae par l’équipe d’Adam Riess.

Comment expliquer le désaccord avec les données de Planck sur le fond diffus cosmologique ? Le fait que la méthode des lentilles gravitationnelle et celle des céphéides donnent des valeurs proches pourrait être le signe d'un problème dans l’interprétation du fond diffus cosmologique. Ainsi, certaines hypothèses faites pour calculer la constante de Hubble avec les données de Planck pourraient être à revoir, comme supposer que la géométrie de l’Univers est euclidienne ou que la nature de l’énergie sombre est celle d'une constante cosmologique.

Cependant, il n’est pas exclu que des facteurs d’incertitude non pris en compte entachent l’une ou l’autre des expériences. Récemment, Mickael Rigault, de l’institut de physique nucléaire de Lyon, a analysé les résultats d’Adam Riess et ses collègues en prenant en compte certains effets astrophysiques dans la sélection des supernovae. Après réexamen, la constante de Hubble s’approche de 70 kilomètres par seconde et par mégaparsec et la tension avec les résultats de Planck disparaît. Il est encore trop tôt pour savoir ce qu'il en est exactement. L’équipe de H0LiCOW compte analyser encore deux autres quasars associés à des lentilles gravitationnelles. Dans tous les cas, ces études indépendantes sont très utiles pour la cosmologie, car elles obligent à repenser les analyses afin de comprendre pourquoi les mesures semblent incompatibles.


Source : Pour la science
Crédit : ESA/Hubble, Nasa

Une galaxie massive déforme l’espace-temps et le trajet des rayons lumineux qui passent à proximité. Cet effet de lentille gravitationnelle crée quatre images d’un même quasar situé en arrière-plan (les points blancs).

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

13 - Bouches du Rhône

Du 7 au 15 janvier 2021

BALADES EN MER
CONGRÈS MONDIAL DE LA NATURE DE L’UICN

Lors de ce rendez vous, des balades en mer à bord de l'Hélios, la seule vedette à passagers hybride de la compagnie Marseillaise ICARD MARITME, seront organisées par : Le parc National de la Côte Bleue : 10 juin - Le conservatoire du littoral : 11 & 16 juin - Le parc National des Calanques : 15 & 20 juin.

1 quai Marcel Pagnol
13007 Marseille
04 91 330 329
www.iucncongress2020


21 - Côte d'Or

Du 3 juillet au 2 janvier 2022

EXPOSITION
"AU COEUR DES SAISONS"

Et si on prenait le temps de regarder passer les saisons, de vivre à leur rythme, de redécouvrir le plaisir d'observer la Nature et ses changements.
Cette nouvelle exposition, conçue et réalisée par le Jardin des sciences et Biodiversité, vous plonge « Au coeur des saisons », de façon ludique et accessible à tous les publics, en famille comme entre amis…

Jardin des sciences & biodiversité
Jardin de l’Arquebuse
14 rue Jehan de Marville & 1 avenue Albert 1er
21000 DIJON
03 80 48 82 00
www.dijon.fr


34 - Hérault

Du 26 septembre au 28 février 2021

EXPOSITION
"DERNIERS IMPRESSIONNISTES"

Des paysages maritimes de la Bretagne aux plaisirs des plages de la Belle Époque, des paysages urbains ou champêtres aux portraits virtuoses, partez sur les pas des peintres intimistes ayant tous respiré le parfum de l’impressionnisme.
Riche de 70 peintures et d’une trentaine de dessins ou lithographies, l’exposition qui fait étape à Lodève est la première en France à rendre à ce courant l’importance qui lui revient.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr


45 - Loiret

Les 4 juillet et 22 août

VISITES
"ART DES JARDINS"

Art de vivre et Nouvelles Renaissances en Val-de-Loire.
L’Arboretum des Grandes Bruyères, « Jardin Remarquable » vous présentant pas moins de 5 types de jardins, vous invite à découvrir leur histoire et leurs spécificités.
Visite guidée à 15h. Inscription obligatoire, nombre de participants limité.

Arboretum des Grandes Bruyères
45450 Ingrannes
02 38 57 28 24
www.arboretumdesgrandesbruyeres.fr


50 - Manche

Du 8 février au 24 mai

EXPOSITION DE PHOTOGRAPHIES
"LA HAGUE : A L’EPREUVE DU TEMPS"

De vallées encaissées en roches mystérieuses, du littoral déchiqueté aux champs quadrillés de murets, le regard d’Antoine Soubigou s’est posé sur une Hague intemporelle et tourmentée.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


Jusqu'au 15 novembre

EXPOSITION PHOTOGRAPHIQUE
"VIE SAUVAGE EN COTENTIN"

Une exposition pour les curieux de nature mais aussi pour les amateurs de belles images... L’association "Regards" basée à Cormelles-le-Royal dans le Calvados rassemble des photographes naturalistes, passionnés d’image et de nature.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


59 - Nord

Jusqu'au 29 août 2021

EXPOSITION
"MON DODO"

A quoi sert de dormir ? Que se passe-t-il quand je dors ? Pourquoi je rêve ? Telles sont les questions que peuvent se poser les enfants lorsqu’ils vont se coucher pour la sieste ou pour la nuit.
Au travers des expériences et des approches diverses, l’exposition invite les 2-7 ans à découvrir leurs besoins en quantité et qualité de sommeil tout en abordant les notions de cycle et le rôle du sommeil dans leur développement.

Forum départemental des Sciences
1 place de l’Hôtel de ville
59650 Villeneuve d’Ascq
03 59 73 96 00
www.forumdepartementaldessciences.fr


67 - Bas-Rhin

A partir du 4 juillet

ESCAPE GAME LIGNE MAGINOT

Participez à une partie d'escape game et découvrez la Ligne Maginot comme si vous y étiez soldat!
Dans l'antre de la forteresse sont cachés les indices qui vous permettront de sauver l'équipage de l’asphyxie... Attention, vous n'avez que 40 minutes !
Equipes de 2 à 6 joueurs. A partir de 10 ans accompagnés de leurs parents.

Forteresse de la Ligne Maginot
Route D65 direction Pfaffenbronn
67510 Lembach
03 88 94 48 62 / 03 88 94 43 16
www.lignemaginot.fr


71 - Saône et Loire

Jusqu'au 1er novembre

EXPOSITION
"BÊTISE ET BALIVERNES, IDÉES REÇUES SUR LA NATURE"

« les chauves-souris s'accrochent dans les cheveux » ; « les grenouilles sont vertes et les crapauds marron » ; « les moustiques préfèrent les peaux sucrées… », autant d’idées reçues et de fausses informations qui ont souvent la vie dure ! Une scénographie originale et les illustrations humoristiques de Roland Garrigue raviront aussi bien les petits que les grands !

Centre EDEN
26 rue de l’Eglise
71290 Cuisery
03 85 27 08 00
www.centre-eden71.fr


88 - Vosges

Du 6 juillet au 30 août

ANIMATIONS SCIENCES
PLANÉTARIUM EPINAL

Qui n'a jamais rêvé de faire décoller une fusée (en papier) ? Ce sera possible cet été ! L'atelier "réveillez vos sens", quant à lui, sera parfait pour les enfants à partir de 3 ans. Nous proposons également des soirées d'observation du ciel du soir, une initiation à la paléontologie, la découverte des petites bêtes qui peuplent la mare du Planétarium et bien d'autre choses encore !

Planétarium Epinal
Rue Dom Pothier
88000 Epinal
03 29 35 08 02
www.planetarium-epinal.com

Lieux:

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