Qu’est-ce que la constante de Hubble ?

La constante de Hubble est l’unité de mesure utilisée pour décrire l’expansion de l’univers. Le cosmos ne cesse de s’agrandir depuis que le Big Bang a donné le coup d’envoi de cette croissance il y a environ 13,82 milliards d’années. L’univers, en fait, s’accélère au fur et à mesure qu’il grossit.

Ce qui est intéressant avec l’expansion, ce n’est pas seulement le taux, mais aussi les implications, selon la NASA. Si l’expansion commence à ralentir, cela implique qu’il y a quelque chose dans l’univers qui fait ralentir la croissance – peut-être la matière noire, qui ne peut pas être détectée avec les instruments conventionnels. En revanche, si la croissance s’accélère, il est possible que l’énergie sombre pousse l’expansion plus rapidement.

En janvier 2018, les mesures de plusieurs télescopes ont montré que le taux d’expansion de l’univers est différent selon l’endroit où l’on regarde. L’univers proche (mesuré par le télescope spatial Hubble et le télescope spatial Gaia) a un taux d’expansion de 45,6 miles par seconde (73,5 kilomètres par seconde) par mégaparsec, tandis que l’univers de fond plus lointain (mesuré par le télescope Planck) est un peu plus lent, s’étendant à 41,6 miles par seconde (67 km par seconde) par mégaparsec. Un mégaparsec correspond à un million de parsecs, soit environ 3,3 millions d’années-lumière, c’est donc une vitesse presque inimaginable.

Découverte par Hubble

La constante a été proposée pour la première fois par Edwin Hubble (l’homonyme du télescope spatial Hubble). Hubble était un astronome américain qui étudiait les galaxies, en particulier celles qui sont très éloignées de nous.

En 1929 – sur la base d’une prise de conscience de l’astronome Harlow Shapley que les galaxies semblent s’éloigner de la Voie lactée – Hubble a découvert que plus ces galaxies sont éloignées de la Terre, plus elles semblent se déplacer rapidement, selon la NASA.

Si les scientifiques ont alors compris que le phénomène correspondait à des galaxies qui s’éloignent les unes des autres, les astronomes savent aujourd’hui que ce qui est réellement observé est l’expansion de l’univers. Quel que soit l’endroit où vous vous trouvez dans le cosmos, vous verriez le même phénomène se produire à la même vitesse.

Les calculs initiaux de Hubble ont été affinés au fil des ans, à mesure que des télescopes de plus en plus sensibles ont été utilisés pour effectuer les mesures, notamment Hubble et Gaia (qui a examiné un type d’étoiles variables appelées variables céphéides) et d’autres télescopes qui ont extrapolé la constante sur la base des mesures du fond diffus cosmologique – une température de fond constante dans l’univers qui est parfois appelée la « rémanence » du Big Bang.

Variables céphéides

Il existe plusieurs sortes d’étoiles variables, mais celle qui est la plus utile pour mesurer la constante de Hubble est appelée variable céphéide. Ce sont des étoiles qui changent régulièrement de luminosité sur une échelle qui varie généralement entre 1 et 100 jours (Polaris fait partie des membres les plus célèbres de ce groupe). Les astronomes prennent des mesures de distance de ces étoiles en mesurant la variabilité de leur luminosité.

Plus la Céphéide apparaît brillante depuis la Terre, plus il est facile de la mesurer. Certains Céphéides peuvent être vus depuis le sol, mais pour des mesures plus précises, aller dans l’espace est le meilleur pari.

Alors qu’Edwin Hubble a pu mesurer des Céphéides à environ 900 000 années-lumière – une distance étonnante pour l’époque – dans l’univers qui reste relativement proche de la Terre. Plus loin dans l’espace, les céphéides sont plus faibles et s’éloignent plus rapidement, et c’est là que le télescope spatial Hubble a pu apporter son aide dans les années 1990 après son lancement. En 2013, le télescope spatial Gaia a été lancé pour cartographier avec précision la position et la luminosité d’environ un milliard d’étoiles. Ses publications de données ont également contribué à affiner la constante de Hubble.

Les céphéides ne sont toutefois pas parfaites pour mesurer les distances cosmiques. Entre autres difficultés, elles sont souvent situées dans des zones poussiéreuses (qui obscurcissent certaines longueurs d’onde sur les photographies) et les plus lointaines sont difficiles à repérer car elles sont très faibles de notre point de vue.

D’autres techniques sont apparues pour compléter les mesures des Céphéides, comme la relation de Tully-Fisher, qui est une corrélation entre la luminosité d’une galaxie spirale et sa vitesse de rotation, selon Shoko Sakai, chercheur associé au National Optical Astronomical Observatory. « L’idée est que plus la galaxie est grande, plus elle tourne vite », a-t-il écrit. « Cela signifie que si vous connaissez la vitesse de rotation de la galaxie spirale, vous pouvez dire, en utilisant cette relation de Tully-Fisher, sa luminosité intrinsèque (c’est-à-dire la luminosité réelle de cette galaxie). En comparant la luminosité intrinsèque avec la magnitude apparente (ce que vous observez réellement — car plus la galaxie est éloignée, plus elle « apparaît » faible), vous pouvez calculer sa distance. »

Les télescopes qui mesurent le fond diffus cosmologique – comme Planck – ont utilisé une autre technique qui examine les fluctuations du fond diffus cosmologique pour déterminer la constante.

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