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Aug 14, 2023

JWST est la machine parfaite pour résoudre la tension de Hubble

Vous venez de trouver le bureau de travail idéal lors d'un vide-grenier et vous le mesurez pour voir s'il conviendra à votre appartement. Vous avez apporté un mètre ruban pour le mesurer et constatez qu'il mesure 180 cm. Parfait. Mais votre

Vous venez de trouver le bureau de travail idéal lors d'un vide-grenier et vous le mesurez pour voir s'il conviendra à votre appartement. Vous avez apporté un mètre ruban pour le mesurer et constatez qu'il mesure 180 cm. Parfait. Mais votre ami a également apporté un mètre ruban, et il trouve qu'il mesure 182 cm, ce qui serait un peu trop long. Vous ne savez pas quel ruban à mesurer est le bon, vous êtes donc confronté à une énigme. Les astronomes sont également confrontés à une énigme, connue sous le nom de tension de Hubble.

Les astronomes disposent de plusieurs moyens pour mesurer la taille de l’univers. Ils peuvent observer les fluctuations du fond cosmique, les longueurs d’onde de la lumière laser micro-ondes émanant des trous noirs, la luminosité des supernovae lointaines, etc. Chacun d’eux est une manière indépendante de mesurer la distance. Un dirigeant indépendant, si vous voulez. Il s’avère qu’ils ne sont pas tous d’accord et, pour cette raison, ils donnent des mesures différentes du taux d’expansion cosmique, connu sous le nom de paramètre de Hubble. Les valeurs qu'ils obtiennent pour le paramètre Hubble sont toutes dans la même fourchette générale, mais pas exactement les mêmes, d'où le terme tension de Hubble.

Les résultats ont tendance à se regrouper en deux valeurs. Les observations du fond cosmique et quelques autres donnent une valeur d'environ 67 – 68 (km/s)/Mpc. Les observations de supernovae lointaines donnent une valeur d'environ 71 – 75 (km/s)/Mpc. Il n’existe pas de moyen clair de résoudre cette tension. D’une part, le premier groupe d’observations repose généralement sur moins d’hypothèses de modèle et constitue des mesures plus directes de l’échelle cosmique. D’autre part, la deuxième mesure repose sur un processus en plusieurs étapes connu sous le nom d’échelle de distance cosmique. C'est plus complexe mais s'appuie sur une longue histoire d'excellentes mesures astronomiques. Ce nouveau travail se concentre sur la deuxième approche, en examinant spécifiquement si nos mesures de l’échelle de distance cosmique sont biaisées.

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De manière très générale, l’échelle de distance cosmique utilise trois échelons de mesure. Le premier échelon est la parallaxe, où nous utilisons une géométrie simple pour mesurer les distances stellaires, ce qui est extrêmement précis. Le deuxième barreau examine un type d’étoile variable appelé variables céphéides. Leur taux d’oscillation est en corrélation avec leur luminosité globale. Le troisième barreau mesure la luminosité apparente des supernovae de type Ia, qui explosent toujours avec une luminosité constante. Nous utilisons donc la parallaxe pour mesurer les distances des Céphéides, l'utilisons pour adapter leur fréquence de pouls à la luminosité globale, puis utilisons les impulsions des Céphéides pour mesurer les distances des supernovae, à partir desquelles nous obtenons la luminosité réelle des supernovae de type Ia. Ensuite, lorsque nous observons une supernova dans une galaxie lointaine, nous pouvons utiliser sa luminosité apparente pour calculer la distance galactique.

Une solution proposée à la tension de Hubble suggère que notre échelle pour les variables céphéides est peut-être erronée. Bien que nous puissions mesurer les distances de parallaxe pour de nombreuses Céphéides, mesurer la luminosité peut être un défi. Lorsqu’une variable céphéide se trouve à proximité de plusieurs autres étoiles, il peut être difficile de séparer sa luminosité de la luminosité de fond des étoiles proches. Il s'agit d'un effet connu sous le nom d'encombrement et pourrait fausser nos données.

Pour déterminer si ce biais est significatif, l’équipe a comparé les observations de Céphéides faites par le télescope spatial Hubble avec les observations du télescope spatial James Webb. Les observations de Hubble ont longtemps constitué la base de l'échelon des Céphéides de l'échelle des distances cosmiques, mais depuis que JWST observe les Céphéides aux longueurs d'onde infrarouges, le regroupement pose moins de problèmes. L’équipe a utilisé 560 mesures céphéides de Hubble et 325 mesures céphéides de JWST.

Ils ont constaté que les observations JWST augmentaient la précision de l’échelle des céphéides, mais que l’échelle globale n’était pas modifiée. En d’autres termes, le problème de regroupement observé dans les données de Hubble ne biaise pas de manière significative l’échelle de distance cosmique. Cela ne résout donc pas la tension liée à Hubble. Les nouveaux résultats aggravent en fait légèrement la tension, car l'échelle des Céphéides est désormais plus précise.