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Une nouvelle mesure de la constante de Hubble
Actualités

Une nouvelle mesure de la constante de Hubble

Depuis près d’un siècle, les astrophysiciens ne cessent de tenter de percer le mystère de la vitesse de l’expansion de l’univers. Dans les années 1920, les astrophysiciens Georges Lemaître et Edwin Hubble découvrent que, suite au Big Bang, l’univers est entré en expansion. Des décennies plus tard, deux équipes de chercheurs se rendent compte en 1998 que le rythme de cette expansion s’accélère avec la distance. Mais ce que les scientifiques sont encore incapables de dire avec certitude, c’est à quelle vitesse notre univers est en train de s’accroître. Cette vitesse se détermine grâce à la constante de Hubble, nommée H0. Celle-ci suscite bien des interrogations entre les cosmologistes, qui depuis plusieurs années obtiennent des valeurs différentes en fonction des stratégies employées pour la déterminer. Récemment, Wendy Freedman, astronome de l’Université de Chicago et spécialiste de la mesure de H0, a réalisé une nouvelle mesure de la constante, acceptée pour publication dans The Astrophysical Journal. En se fondant sur les étoiles géantes rouges pour la calculer, elle obtient une valeur de H0 de 69,8 km/s/Mpc. Mais pour bien comprendre la portée de ce résultat, il faut revenir, tout d’abord, à la source du problème.

La tension de Hubble

Deux méthodes sont principalement utilisées pour calculer H0. Mais leurs résultats diffèrent. La première repose sur l’analyse du fond diffus cosmologique. Celui-ci correspond à la première lumière émise par l’univers il y a plus de 13 milliards d’années. Ce rayonnement est perceptible aujourd’hui, notamment à l’aide du satellite européen Planck. Il permet de mesurer la constante de Hubble : 67,4 km/s/Mpc. Un mégaparsec correspond à une distance de 3,26 millions d’années-lumière. Cela voudrait dire que sur une telle distance, l’Univers grandit de 67 km par seconde.

La seconde méthode se fonde sur l’étude des chandelles standards. « Ce sont des objets dont on connaît a priori la luminosité. Ce flux lumineux nous permet d’estimer à quelle distance elles se trouvent », nous explique Mickaël Rigault, chercheur à l’Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon. Les supernovae, des explosions d’étoiles mourantes, sont ainsi très bien connues et sont principalement utilisées par les chercheurs. En comparant l'intensité lumineuse émise par l’étoile à celle reçue sur Terre, les astrophysiciens déterminent la distance qui les sépare. Ils prennent, de plus, en compte le déplacement de la galaxie dans laquelle elle se trouve, et peuvent ainsi estimer la vitesse d’expansion. Mais en faisant cela, ils obtiennent une autre valeur pour H0 : 74 km/s/Mpc. Une différence significative avec la première mesure issue de l’analyse du fonds diffus cosmologique… et inexplicable ! Ce qui a donné lieu à ce qu’on appelle la « tension de Hubble ».

Deux théories principales permettent d’expliquer ces différences. La première explication serait que certaines lois physiques nous sont encore inconnues. Et il faudrait alors découvrir cette nouvelle physique. « Mais on ne sait pas ce que ça pourrait être, rappelle Mickaël Rigault. Aujourd’hui aucune des théories proposées ne fonctionne. » La seconde serait qu’il y ait des erreurs dans les mesures de la constante. Pour dissoudre cette tension, les astrophysiciens travaillent abondamment sur le sujet et démultiplient les méthodes.

Wendy Freedman est spécialisée dans la deuxième méthode, utilisant les chandelles standards. Cette méthodologie nécessite, tout d’abord, des supernoave. Mais on ne connaît pas leur luminosité absolue, qui conduit à la mesure de H0. Pour cela, les chercheurs ont besoin d’un élément extérieur pour calibrer les supernovae. Il peut alors s’agir de céphéides qui se trouvent dans la même galaxie. « Une céphéide est une étoile jeune, très grosse et très brillante, dont le flux lumineux oscille à cause d’un déséquilibre au sein de celle-ci », précise Mickaël Rigault. Cette variation lumineuse permet de déduire la distance à laquelle se trouvent ces étoiles, et donc la distance de leur galaxie. À partir de cette dernière, on peut mesurer la luminosité absolue de la supernova, qui permet de remonter à H0.

Wendy Freedman travaille depuis longtemps sur les céphéides. Elles ont l’avantage d’être nombreuses et très lumineuses. « Mais il est très difficile d’observer une seule étoile dans une galaxie lointaine, parce qu’il y a toujours une nuée d’autres étoiles autour », nuance Mickaël Rigault. Depuis deux ans, l’astronome s’est intéressée aux étoiles géantes rouges comme élément de calibration, et plus précisément au sommet de la branche des géantes rouges. Ce « sommet » correspond au moment où une étoile en fin de vie atteint un pic de luminosité, dû à l’embrasement de l’hélium dans son cœur. Le pic du sommet des géantes rouges se produit toujours au même moment. « On peut prédire la distance grâce à la différence entre le flux maximum observé de cette géante rouge et ce qu’on attend être son flux absolu si elle était dans notre galaxie », explicite Mickaël Rigault. « Ce que fait alors Wendy Freedman, c’est changer la méthode de ca
Des étoiles jeunes aux étoiles en fin de vie
libration des supernovae, en passant des céphéides aux géantes rouges ». L’intérêt des géantes rouges est qu’on les trouve partout dans les galaxies, et à des endroits où les étoiles sont complétement dispersées. Elles sont donc beaucoup plus simples à observer, et la mesure qui sera établie sera plus fiable, car il n’y aura pas de perturbations dues à la présence d’autres étoiles. Leur seul désavantage est quelles sont moins lumineuses que les céphéides, donc plus difficiles à repérer.

De nouvelles mesures compatibles

L’étude de Wendy Freedman utilise quatre manières différentes pour calibrer le pic de luminosité des géantes rouges, et celles-ci s’accordent à 1 % de différence. Le résultat est donc relativement fiable. Et celui-ci indique une constante de Hubble de 69,8 km/s/Mpc. La différence de mesure n’est alors pas significative avec les résultats issus de la méthode étudiant le fond diffus cosmologique. Pour Mickaël Rigault, « les intervalles d’erreurs de mesure de chacune des deux méthodes font qu’il n’y aucune raison de penser qu’il y a un problème avec les théories actuelles. » En outre, une étude parue en mars 2021 avait obtenu des résultats similaires en étudiant une supernova, à partir des fluctuations de luminosité de surface. Leur résultat publié dans Astronomy & Astrophysics était alors de 70,50 km/s/Mpc.  Wendy Freedman a également réalisé dans son étude une comparaison de ses résultats avec ceux issus des céphéides, qui demeurent plus élevés. « Le problème se situe donc peut-être au niveau des céphéides », en conclut Mickaël Rigault.

Les récents résultats de Wendy Freedman font ainsi pencher la balance vers l’hypothèse que la tension de Hubble proviendrait d’erreurs de mesures. Ce que confirme Mickaël Rigault : « une des choses que j’ai toujours soutenues, c’est qu’il y a potentiellement trop de problèmes partout pour qu’on puisse envisager une nouvelle physique. On espère tous qu’il y ait de la nouvelle physique, car cela serait passionnant, mais cela n’a pas l’air d’être évident. » La tension pourrait peut-être se dissoudre totalement avec de meilleures données. « Plus de mesures, c’est toujours mieux, mais il nous faudrait surtout des mesures différentes », précise Mickaël Rigault. Les ondes gravitationnelles pourraient ainsi être un nouvel outil intéressant. Elles ne permettent pas encore de mesurer la constante de façon précise, mais en multipliant les données la précision pourrait augmenter. Le mystère de la mesure de la constante de Hubble reste donc toujours à élucider, mais ces nouveaux éléments laissent envisager une possible dissolution de la tension.


Source : Samantha Dizier / La Recherche
Crédit : ESA/Hubble, NASA and H. Olofsson

Une étoile géante rouge en fin de vie, observée grâce au télescope spatial Hubble

Une nouvelle mesure de la constante de Hubble Actualités

Une nouvelle mesure de la constante de Hubble

Depuis près d’un siècle, les astrophysiciens ne cessent de tenter de percer le mystère de la vitesse de l’expansion de l’univers. Dans les années 1920, les astrophysiciens Georges Lemaître et Edwin Hubble découvrent que, suite au Big Bang, l’univers est entré en expansion. Des décennies plus tard, deux équipes de chercheurs se rendent compte en 1998 que le rythme de cette expansion s’accélère avec la distance. Mais ce que les scientifiques sont encore incapables de dire avec certitude, c’est à quelle vitesse notre univers est en train de s’accroître. Cette vitesse se détermine grâce à la constante de Hubble, nommée H0. Celle-ci suscite bien des interrogations entre les cosmologistes, qui depuis plusieurs années obtiennent des valeurs différentes en fonction des stratégies employées pour la déterminer. Récemment, Wendy Freedman, astronome de l’Université de Chicago et spécialiste de la mesure de H0, a réalisé une nouvelle mesure de la constante, acceptée pour publication dans The Astrophysical Journal. En se fondant sur les étoiles géantes rouges pour la calculer, elle obtient une valeur de H0 de 69,8 km/s/Mpc. Mais pour bien comprendre la portée de ce résultat, il faut revenir, tout d’abord, à la source du problème.

La tension de Hubble

Deux méthodes sont principalement utilisées pour calculer H0. Mais leurs résultats diffèrent. La première repose sur l’analyse du fond diffus cosmologique. Celui-ci correspond à la première lumière émise par l’univers il y a plus de 13 milliards d’années. Ce rayonnement est perceptible aujourd’hui, notamment à l’aide du satellite européen Planck. Il permet de mesurer la constante de Hubble : 67,4 km/s/Mpc. Un mégaparsec correspond à une distance de 3,26 millions d’années-lumière. Cela voudrait dire que sur une telle distance, l’Univers grandit de 67 km par seconde.

La seconde méthode se fonde sur l’étude des chandelles standards. « Ce sont des objets dont on connaît a priori la luminosité. Ce flux lumineux nous permet d’estimer à quelle distance elles se trouvent », nous explique Mickaël Rigault, chercheur à l’Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon. Les supernovae, des explosions d’étoiles mourantes, sont ainsi très bien connues et sont principalement utilisées par les chercheurs. En comparant l'intensité lumineuse émise par l’étoile à celle reçue sur Terre, les astrophysiciens déterminent la distance qui les sépare. Ils prennent, de plus, en compte le déplacement de la galaxie dans laquelle elle se trouve, et peuvent ainsi estimer la vitesse d’expansion. Mais en faisant cela, ils obtiennent une autre valeur pour H0 : 74 km/s/Mpc. Une différence significative avec la première mesure issue de l’analyse du fonds diffus cosmologique… et inexplicable ! Ce qui a donné lieu à ce qu’on appelle la « tension de Hubble ».

Deux théories principales permettent d’expliquer ces différences. La première explication serait que certaines lois physiques nous sont encore inconnues. Et il faudrait alors découvrir cette nouvelle physique. « Mais on ne sait pas ce que ça pourrait être, rappelle Mickaël Rigault. Aujourd’hui aucune des théories proposées ne fonctionne. » La seconde serait qu’il y ait des erreurs dans les mesures de la constante. Pour dissoudre cette tension, les astrophysiciens travaillent abondamment sur le sujet et démultiplient les méthodes.

Wendy Freedman est spécialisée dans la deuxième méthode, utilisant les chandelles standards. Cette méthodologie nécessite, tout d’abord, des supernoave. Mais on ne connaît pas leur luminosité absolue, qui conduit à la mesure de H0. Pour cela, les chercheurs ont besoin d’un élément extérieur pour calibrer les supernovae. Il peut alors s’agir de céphéides qui se trouvent dans la même galaxie. « Une céphéide est une étoile jeune, très grosse et très brillante, dont le flux lumineux oscille à cause d’un déséquilibre au sein de celle-ci », précise Mickaël Rigault. Cette variation lumineuse permet de déduire la distance à laquelle se trouvent ces étoiles, et donc la distance de leur galaxie. À partir de cette dernière, on peut mesurer la luminosité absolue de la supernova, qui permet de remonter à H0.

Wendy Freedman travaille depuis longtemps sur les céphéides. Elles ont l’avantage d’être nombreuses et très lumineuses. « Mais il est très difficile d’observer une seule étoile dans une galaxie lointaine, parce qu’il y a toujours une nuée d’autres étoiles autour », nuance Mickaël Rigault. Depuis deux ans, l’astronome s’est intéressée aux étoiles géantes rouges comme élément de calibration, et plus précisément au sommet de la branche des géantes rouges. Ce « sommet » correspond au moment où une étoile en fin de vie atteint un pic de luminosité, dû à l’embrasement de l’hélium dans son cœur. Le pic du sommet des géantes rouges se produit toujours au même moment. « On peut prédire la distance grâce à la différence entre le flux maximum observé de cette géante rouge et ce qu’on attend être son flux absolu si elle était dans notre galaxie », explicite Mickaël Rigault. « Ce que fait alors Wendy Freedman, c’est changer la méthode de ca
Des étoiles jeunes aux étoiles en fin de vie
libration des supernovae, en passant des céphéides aux géantes rouges ». L’intérêt des géantes rouges est qu’on les trouve partout dans les galaxies, et à des endroits où les étoiles sont complétement dispersées. Elles sont donc beaucoup plus simples à observer, et la mesure qui sera établie sera plus fiable, car il n’y aura pas de perturbations dues à la présence d’autres étoiles. Leur seul désavantage est quelles sont moins lumineuses que les céphéides, donc plus difficiles à repérer.

De nouvelles mesures compatibles

L’étude de Wendy Freedman utilise quatre manières différentes pour calibrer le pic de luminosité des géantes rouges, et celles-ci s’accordent à 1 % de différence. Le résultat est donc relativement fiable. Et celui-ci indique une constante de Hubble de 69,8 km/s/Mpc. La différence de mesure n’est alors pas significative avec les résultats issus de la méthode étudiant le fond diffus cosmologique. Pour Mickaël Rigault, « les intervalles d’erreurs de mesure de chacune des deux méthodes font qu’il n’y aucune raison de penser qu’il y a un problème avec les théories actuelles. » En outre, une étude parue en mars 2021 avait obtenu des résultats similaires en étudiant une supernova, à partir des fluctuations de luminosité de surface. Leur résultat publié dans Astronomy & Astrophysics était alors de 70,50 km/s/Mpc.  Wendy Freedman a également réalisé dans son étude une comparaison de ses résultats avec ceux issus des céphéides, qui demeurent plus élevés. « Le problème se situe donc peut-être au niveau des céphéides », en conclut Mickaël Rigault.

Les récents résultats de Wendy Freedman font ainsi pencher la balance vers l’hypothèse que la tension de Hubble proviendrait d’erreurs de mesures. Ce que confirme Mickaël Rigault : « une des choses que j’ai toujours soutenues, c’est qu’il y a potentiellement trop de problèmes partout pour qu’on puisse envisager une nouvelle physique. On espère tous qu’il y ait de la nouvelle physique, car cela serait passionnant, mais cela n’a pas l’air d’être évident. » La tension pourrait peut-être se dissoudre totalement avec de meilleures données. « Plus de mesures, c’est toujours mieux, mais il nous faudrait surtout des mesures différentes », précise Mickaël Rigault. Les ondes gravitationnelles pourraient ainsi être un nouvel outil intéressant. Elles ne permettent pas encore de mesurer la constante de façon précise, mais en multipliant les données la précision pourrait augmenter. Le mystère de la mesure de la constante de Hubble reste donc toujours à élucider, mais ces nouveaux éléments laissent envisager une possible dissolution de la tension.


Source : Samantha Dizier / La Recherche
Crédit : ESA/Hubble, NASA and H. Olofsson

Une étoile géante rouge en fin de vie, observée grâce au télescope spatial Hubble

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

25 - Doubs

Jusqu'au 9 janvier 2022

EXPOSITION
"DESTINS DE CIRQUE"

Cette exposition présente les destins des femmes et hommes du cirque entre ombres et lumières. Costumes, affiches, instruments de musique, gravures originales, films … évoquent l’art du cirque du XVIIIe siècle à nos jours.
Les fabuleux dessins aquarellés des sœurs Vesque, les planches uniques du grand costumier Gérard Vicaire éclairent ces destins de cirque.

Saline royale
Grande rue
25610 ARC-ET-SENANS
03 81 54 45 45
www.salineroyale.com


34 - Hérault

Du 25 septembre 2021 au 27 mars 2022

EXPOSITION
"JEAN-FRANCIS AUBURTIN, UN ÂGE D'OR"

Jean-Francis Auburtin (1866-1930) s’inscrit dans la longue procession des peintres sur le motif : Delacroix, Courbet, Boudin, Jongkind, Monet...
En une centaine d'œuvres, le Musée de Lodève propose une rétrospective de ce peintre à redécouvrir.

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


41 - Loir et Cher

Jusqu'au 6 novembre

SON & LUMIERE
CHATEAU ROYAL DE BLOIS

Chaque soir, dès la tombée de la nuit, devenez le témoin d'une expérience époustouflante !
Sur les 4 façades de la cour, projections d'images vidéo monumentales et effets spéciaux immersifs s’emparent de l’architecture grandiose des lieux, métamorphosent le château et lui donnent vie.

Office de Tourisme de Blois-Chambord
23 place du château
41000 Blois
02 54 90 41 41
www.bloischambord.com


45 - Loiret

Du 9 au 24 octobre

CONCOURS PHOTOS
"AUTOMNE"  

L’automne est une saison extraordinaire à l’Arboretum des Grandes Bruyères. Les tableaux paysagers prennent des couleurs flamboyantes et les ambiances vous transportent en Chine et au Canada. Le rouge, l’orange et le jaune se déclinent en mille nuances éclatantes. Immergez-vous dans ces paysages, photographiez-les et tentez de gagner des cadeaux ! Ouvert à tous, petits et grands, amateurs et professionnels.

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


Les 17 et 24 octobre

VISITES GUIDÉES - Arboretum des Grandes Bruyères
"DIMANCHE D'AUTOMNE"  

Visites guidées à 15h Certains arbres ont leurs plus beaux atours à l’automne. Ils revêtent leurs manteaux aux couleurs flamboyantes et créent entre eux des paysages exceptionnels. Au delà encore de la beauté, chacun a son histoire et ses petits secrets. Venez les découvrir et vous émerveiller ! Adulte 15 € / 6-12 ans 5 € / Gratuit jusqu'à 5 ans.

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


46 - Lot

Jusqu'au 26 septembre

EXPOSITION MUSEE CHAMPOLLION
"DONGBA.DES PICTOGRAMMES NAXI À L’ART CONTEMPORAIN"

L’exposition présente un panorama complet de la culture Dongba à travers une collection de manuscrits, de peintures sacrées, de costumes et d’instruments de la culture divinatoire dongba jusqu’aux plus importants pionniers de la création contemporaine de style Dongba.

Musée Champollion
Place Champollion
46100 Figeac
05 65 50 31 08
www.musee-champollion.fr


50 - Manche

Jusqu'au 1er novembre

EXPOSITION
"RIVAGES"

Photographe et aventurière, Amélie Blondiaux a parcouru à l'automne 2020 l'intégralité du GR 223 pour capter les nombreuses facettes du littoral de la Manche et promouvoir la mobilité douce dans le département.

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


Jusqu'au 2 janvier 2022

EXPOSITION
"LE PEUPLE DES DUNES, DES GAULOIS SOUS LA PLAGE"

Menée en partenariat avec l’INRAP. Dans cette exposition visant à valoriser le site archéologique gaulois découvert sous la plage d’Urville-Nacqueville, c’est une véritable immersion dans la vie quotidienne de nos ancêtres, à la fois navigateurs et commerçants, qui vous sont proposée.

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


71 - Saône et Loire

Jusqu'au 7 novembre

EXPOSITION
"LA VIE SECRÈTE DU SOL"

Quand on sait que les organismes vivants du sol représentent environ ¼ des espèces animales connues et le rôle joué par ces organismes dans l’équilibre et la richesse des sols on comprend mieux l’importance de bien les connaitre pour mieux les protéger.
L’exposition « La vie secrète du sol », conçue et réalisée par le Centre Eden, lève le voile sur ce monde mystérieux, les mécanismes complexes et les interactions entre les organismes.

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


Jusqu'au 31 décembre

EXPOSITION
"LES COULEURS DU CHAROLAIS-BRIONNAIS"

Ils sont nés ici, y ont grandi ; ils y résident pour la plupart ou y séjournent durant les vacances…leur point commun ? Ils l’ont tous dans la tête et dans le cœur ! Le Charolais-Brionnais sera mis à l’honneur à travers 130 photographies des membres du groupe Facebook « Les Couleurs du Charolais-Brionnais ».

La Maison du Charolais
43 Route de Mâcon, RCEA N79 sortie 12
71120 Charolles
03 85 88 04 00
www.maison-charolais.com


76 - Seine-Maritime

Jusqu’au 4 septembre

EXPOSITION
"PLAYMOBIL, LE MONDE DE L’IMAGINATION"
 
Personnages mythologiques, histoires fantastiques, contes populaires et héros magiciens, tous vont se côtoyer dans de nombreuses scénettes dans les salles de la mythothèque de l’Historial Jeanne d’arc.
Tarifs : 2,50 €, gratuit pour les moins de 6 ans. Exposition gratuite si visite de l’Historial Jeanne d’Arc.
Renseignement : http://www.historial-jeannedarc.fr/exposition-playmobil-le-monde-de-limagination/

Historial Jeanne d’Arc
7 rue Saint Romain
76000 Rouen
02 35 52 48 00


87 - Haute-Vienne

Les 2 et 3 octobre

RANDONNEE
"SOUS MES PIEDS... UN CRATÈRE D'IMPACT"

L'équipe de la Réserve Naturelle Nationale de l'astroblème de Rochechouart-Chassenon propose 2 jours de randonnée animée (samedi et/ou dimanche au choix). Partez à la découverte d'un paysage façonné par la chute d'un astéroïde il y a plus de 200 millions d'année. Environ 12 km par jour. Samedi soir : possibilité de prendre un repas à la ferme et d'amener vos toiles de tentes pour dormir à la ferme.
Réservation obligatoire - Places limitées.

Maison de la Réserve
Espace météorite Paul Pellas

16 rue Jean Parvy
87600 Rochechouart
05 55 03 02 70
reservenaturelle.rochechouart@pol-cdc.fr

Lieux:

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