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La vitesse d'expansion de l'Univers révélée par les quasars

Une équipe de recherche, conduite par l'EPFL de Lausanne et le Max Planck Institute, a procédé à une nouvelle mesure de la fameuse Constante de Hubble, qui indique la vitesse de l'expansion de l'Univers. Cette nouvelle mesure remet en cause certaines des mesures les plus récentes et pointe potentiellement vers une nouvelle physique, au-delà du Modèle Cosmologique Standard.

Pouvoir mesurer à quelle distance des objets se situent dans l'espace a conduit à de grandes découvertes, par exemple celle que notre Univers est en expansion. La vitesse d'expansion est déterminée par le Modèle Cosmologique Standard en vigueur, "Lambda CDM", qui fixe la vitesse d'expansion actuelle à environ 72 km par seconde par mégaparsec (un mégaparsec représente environ 3,3 millions d'années-lumière).

Cette vitesse est appelée "Constante de Hubble", et a été constamment affinée pendant près d'un siècle : une mesure de haute précision de H0 a des implications profondes, autant en cosmologie qu'en physique. Grâce à de nouveaux outils, ces travaux ont permis de calculer de manière indépendante la très importante Constante de Hubble avec une précision de 3,8 %. Le nouveau chiffre correspond à celui d'études récentes, qui cependant sont en contradiction avec les prédictions du Modèle Cosmologique Standard, et pointent vers une nouvelle physique.

L'expansion de l'Univers, qui se fonde sur l'idée que l'Univers est né avec le Big Bang, a été suggérée pour la première fois par le cosmologiste belge Georges Lemaître. A peu près en même temps, à la fin des années 1920, l'astronome Edwin Hubble étudiait des galaxies qui s'éloignaient de la Voie Lactée ; il remarqua que les plus éloignées de la Terre semblaient se déplacer plus rapidement. Ce qu'il observait en réalité, c'était l'Univers en expansion, et il s'attacha à calculer son taux d'expansion. Les observations de Hubble ont conduit à une constante qui quantifie cette expansion, et qui sera appelée plus tard la "Constante de Hubble".

Cette équipe est parvenue à mesurer la Constante de Hubble de manière indépendante, en exploitant un phénomène cosmique appelé "lentilles gravitationnelles", dans lequel la masse énorme des galaxies courbe l'espace-temps. Les galaxies agissent alors comme des lentilles qui peuvent agrandir et déformer l'image normalement diffuse d'objets situés plus loin.

Elles peuvent aussi produire plusieurs images des objets originaux "lentillés", et les faire apparaître multiples. Pour mesurer la Constante de Hubble, les scientifiques ont étudié la lumière en provenance de cinq quasars vus de manière démultipliée en raison de l'effet de lentille gravitationnelle produit par des galaxies situées à l'avant-plan.

Les quasars sont des trous noirs supermassifs au centre de galaxies, qui émettent de gigantesques quantités d'énergie électromagnétique. La magnitude des quasars présente des variations aléatoires au fil des ans, dont il résulte une oscillation apparente de leur intensité. Cette oscillation est vue de manière décalée dans chaque lentille gravitationnelle, parce que la lumière emprunte des chemins différents dans chaque image. Par conséquent, le fait de mesurer le décalage temporel entre les lentilles gravitationnelles offre un moyen de déterminer la Constante de Hubble.

Avec cette technique, la Constante de Hubble a été mesurée avec une précision de 3,8 % dans le cadre du Modèle Cosmologique Standard. Cette mesure est indépendante des autres méthodes, les trois lentilles gravitationnelles consistant en elles-mêmes en une sonde cosmologique ne se fondant sur aucune autre mesure. Ces résultats confirment les limites du modèle standard et confortent l'existence de l'énergie sombre qui accélère l'expansion de l'Univers.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

EPFL

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