Une fois que nous avons découvert que l'univers était en expansion. Après cela, la prochaine étape scientifique a été de déterminer la vitesse ou le taux de cette expansion. Plus de 80 ans se sont écoulés, mais nous ne sommes toujours pas d'accord sur cette question. En regardant les plus grandes échelles cosmiques et en étudiant les signaux les plus anciens - la rémanence du Big Bang et les corrélations à grande échelle des galaxies - nous avons obtenu un chiffre: 67 km / s / Mpc.
Mais en regardant des étoiles individuelles, des galaxies, des supernovae et d'autres pointeurs directs, nous obtenons un nombre différent: 74 km / s / Mpc. Les incertitudes sont très faibles: ± 1 pour le premier nombre et ± 2 pour le second, et il reste une probabilité statistique inférieure à 0,1% que ces nombres se réconcilient. Cette contradiction aurait dû être résolue il y a longtemps, mais elle persiste depuis que l'expansion de l'univers a été découverte pour la première fois.
En 1923, Edwin Hubble a utilisé le plus grand télescope du monde pour rechercher de nouvelles étoiles dans d'autres galaxies. Probablement, il ne vaudrait pas la peine de dire «galaxies», car alors l'humanité n'était pas sûre des spirales célestes. En étudiant la plus grande d'entre elles - M31, maintenant connue sous le nom de nébuleuse d'Andromède - il a vu la première, puis la deuxième et la troisième nouvelle. Mais le quatrième est apparu au même endroit que le premier, ce qui était impossible, car les nouveaux mettent des siècles ou plus à se recharger. Son nouveau est apparu en moins d'une semaine. Excité, Hubble a barré le premier "N" qu'il a écrit et écrasé "VAR!" Il s'est rendu compte que c'était une étoile variable, et depuis lors, il y avait la physique des étoiles variables. Hubble a pu calculer la distance jusqu'à Andromède. Il a montré que c'était exactement en dehors de la Voie lactée et qu'il s'agissait évidemment d'une galaxie. C'était la plus belle observation d'une seule étoile dans l'histoire de l'astronomie.
Le LP original d'Edwin Hubble révélant la nature variable d'une étoile à Andromède
Hubble a poursuivi son travail en observant des étoiles variables dans de nombreuses galaxies spirales. Parallèlement à leurs raies spectrales décalées, il a commencé à remarquer que plus la galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement de nous. Non seulement il découvrit cette loi - connue sous le nom de loi de Hubble - il fut le premier à mesurer le taux d'expansion: le paramètre de Hubble. Le nombre qu'il a reçu était cependant important. Très grand. Si grand que si c'était vrai, il s'ensuivrait que le Big Bang s'est produit il y a à peine deux milliards d'années. De toute évidence, personne ne le croirait, car nous avons des preuves géologiques que la Terre à elle seule a plus de quatre milliards d'années.
Image composite de l'hémisphère ouest de la Terre vieille de plus de 4 milliards d'années
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En 1943, l'astronome Walter Baade a observé de près des étoiles variables en dehors de la Voie lactée et a remarqué quelque chose d'incroyablement important: toutes les Céphéides variables - le type utilisé par Hubble pour déterminer l'expansion de l'univers - ne se comportent pas toutes de la même manière. Au lieu de cela, il y avait deux classes différentes. Et soudain, il s'est avéré que la constante de Hubble n'était pas du tout aussi grande que Hubble l'avait décidé.
Les mesures d'étoiles variables par Walter Baade à Andromède ont été la preuve la plus importante de l'existence de deux populations distinctes de céphéides et ont permis de réduire le paramètre de Hubble à une valeur plus significative
Au lieu de cela, l'univers s'est développé plus lentement, ce qui signifie qu'il a fallu plus de temps pour qu'il atteigne son état actuel. Pour la première fois, l'Univers a dépassé la Terre en âge, et c'était un bon signe. Au fil du temps, d'autres raffinements ont augmenté et l'exposant Hubble a progressivement diminué, tandis que l'âge de l'univers continuait d'augmenter. En fin de compte, l'âge des étoiles, même les plus anciennes, a sombré avec l'âge de l'univers.
Comment les estimations du paramètre Hubble ont changé au fil du temps
L'histoire ne s'arrête pas là. Savez-vous pourquoi le télescope spatial Hubble a été nommé ainsi? Pas parce qu'il a été nommé d'après Edwin Hubble, qui a découvert que l'univers était en expansion. Plutôt, parce que sa mission principale était de mesurer le paramètre Hubble, ou la vitesse à laquelle l'univers se développe. Avant le lancement du télescope en 1990, il y avait deux camps prônant des univers complètement différents: l'un dirigé par Allan Sendage et un univers avec un taux d'expansion de 50 km / s / Mpc et un âge de 16 milliards d'années; l'autre est sous la houlette de Gérard de Vaucouleur et d'un univers avec un taux d'expansion de 100 km / s / Mpc et un âge de moins de 10 milliards d'années. Ces deux camps étaient convaincus que les camps opposés commettaient des erreurs systématiques dans leurs mesures et qu'il n'y avait pas de terrain d'entente. Le principal objectif scientifique du télescope spatial Hubble était de mesurer le taux d'expansion une fois pour toutes.
Et il y est parvenu. 72 ± 8 km / s / Mpc était le résultat final du projet. Aujourd'hui, il y a encore moins d'erreurs ou d'imprécisions, tout comme la tension entre les deux méthodes différentes. Si vous regardez l'Univers aux plus grandes échelles, les fluctuations du fond cosmique des micro-ondes et les oscillations acoustiques baryoniques dans le regroupement des galaxies, vous obtenez un nombre plus petit: 67 km / s / Mpc. Ce n'est pas le résultat le plus favorable, mais des valeurs plus élevées sont tout à fait possibles.
Si vous regardez des mesures directes d'étoiles individuelles dans notre galaxie, puis sur les mêmes classes d'étoiles dans d'autres galaxies, puis sur des supernovae au-delà, vous obtenez une valeur plus élevée: 74 km / s / Mpc. Mais une erreur systématique dans les mesures des étoiles proches, même une erreur de plusieurs pour cent, pourrait réduire considérablement ce nombre même à la valeur la plus basse proposée. Alors que la mission ESA Gaia continue de mesurer la parallaxe avec une précision sans précédent d'un milliard d'étoiles dans notre galaxie, cette tension pourrait se résorber d'elle-même.
Aujourd'hui, nous connaissons assez précisément le taux d'expansion de Hubble, et deux méthodes différentes de son extraction semblent donner des valeurs contradictoires. Il y a de nombreuses dimensions différentes en cours en ce moment, chaque camp essayant de prouver son cas et de trouver les erreurs de l'autre. Et si l'histoire nous a appris quelque chose, nous pouvons dire que, d'une part, nous apprendrons quelque chose de nouveau et d'intéressant sur la nature de notre Univers lorsque ce problème sera résolu, et d'autre part, ce différend sur le taux d'expansion ne le sera clairement pas. dernier.
ILYA KHEL
