Nouvelle méthode pour mesurer les distances entre les galaxies

L’étude codirigée par le Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC), un organisme dépendant du ministère de la Science, de l’Innovation et des Universités, et l’Institut d’astrophysique des îles Canaries (IAC) présente une nouvelle méthode pour mesurer les distances extragalactiques à l’aide de supernovae de type Ia (SNe Ia) par une approche purement empirique. Cette méthode, publiée dans The Astrophysical Journal, permet d’estimer distances galactiques relatives avec 2% d’incertitudequelque chose qui jusqu’à présent était de 8% ou supérieur à ce pourcentage.

En 1929, l’astronome Edwin Hubble découvre que l’univers est en expansion. Depuis, les chercheurs scientifiques ne s’accordent plus sur la vitesse de l’expansion cosmique, connue dans le monde scientifique sous le nom de constante de Hubble (H0).

Les équipes de recherche ont continué pendant des décennies à prendre différentes références pour réaliser ces mesures, en utilisant des technologies de plus en plus avancées qui ont permis d’obtenir des données plus précises. Mais les conclusions auxquelles ils parviennent montrent des écarts avec la constante de Hubble, c’est ce qu’on appelle la tension de Hubble.

La méthode des étoiles céphéides

Pour déterminer l’expansion cosmique, le plus compliqué est de mesurer les distances aux galaxies à travers l’univers.. Edwin Hubble lui-même a utilisé des Céphéides, un type d’étoiles variables qui changent à la fois de température et de diamètre pour produire des changements de luminosité avec une période et une amplitude très régulières. Mais certains experts en la matière soupçonnent que des erreurs se produisent dans les mesures puisque les étoiles céphéides se trouvent dans de jeunes galaxies, dans lesquelles se trouvent de nombreuses autres étoiles, ainsi que de la poussière et du gaz.

La méthode des Céphéides tente de calibrer la luminosité des supernovae dans des galaxies jusqu’à 40 Mpc dans lesquelles coïncident les Céphéides dont la distance a été déterminée et les supernovae de cette gamme intermédiaire, qui servent ensuite à calibrer les plus éloignées. L’option choisie par les auteurs de l’étude publiée est d’éviter de calibrer le SNe Ia dans cette plage de distance moyenne de 40 Mpc et d’opter pour des supernovae dans des galaxies proches dont la distance est bien connue des galaxies les plus lointaines.

Jumeaux supernova

“La clé de notre approche est basée sur le ‘jumeau SNe Ia’. Autrement dit, nous avons une supernova de type Ia à proximité et une autre pratiquement identique, à une distance beaucoup plus grande.” explique Pilar Ruiz-Lapuente, professeur-chercheur à l’Institut de physique fondamentale (IFF-CSIC), CSIC.. “Étant donné que les jumeaux distants SNe Ia se trouvent dans des galaxies où les vitesses particulières sont relativement peu importantes, leurs distances nous permettent d’obtenir directement la constante de Hubble (H0) et aident à résoudre le problème de contrainte de Hubble.”

Dans l’ouvrage, on a étudié la supernova SN 2013dy (dans la galaxie NGC 7250), qui est une jumelle de SN 2017cbv/SN 2013aa (toutes deux dans NGC 5643, considérées comme une bonne galaxie d’ancrage selon des méthodes basées sur les étoiles céphéides et les cuspides de la branche des géantes rouges ou TRGB (Pointe de la Branche Géante Rouge). les auteurs ont utilisé des phases proches de la luminosité maximale de ce type de supernovae et aussi après ce maximum pour une précision de distance améliorée ce qui peut approcher le pourcentage de 2% en distances relatives.

“Une autre erreur de 2% est associée à l’addition de l’erreur obtenue sur les distances relatives à l’erreur sur les distances d’ancrage et ainsi à l’obtention de distances absolues. Nous n’utilisons, pour cette précision, que les galaxies proches dont les distances ont été obtenues, donnant le même résultat, par diverses méthodes”, commente Jonay González Hernández, chercheur à l’Institut d’Astrophysique des Îles Canaries.

Les auteurs de cette étude ont déjà appliqué cette nouvelle méthode à des galaxies lointaines et prévoient de publier le résultat de la valeur de la constante de Hubble (H0) dans un nouvel article scientifique.

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