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La plus ancienne lumière survivante révèle le véritable âge de l’univers

La lumière ancienne du Big Bang a révélé une nouvelle estimation précise de l'âge de l'univers: 13,77 milliards d'années, environ 40 millions d'années.

La nouvelle estimation, basée sur les données d'une gamme de télescopes dans le désert chilien d'Atacama, pèse également sur l'un des désaccords les plus importants en astrophysique: à quelle vitesse l'univers se développe-t-il? Décrit dans deux articles scientifiques, le nouveau résultat donne une impulsion significative à un côté du désaccord, bien que les physiciens n'aient pas pu prouver que l'autre côté du différend était faux.

Voici le problème: les physiciens doivent comprendre le taux d'expansion de l'univers pour donner un sens cosmologie – la science du passé, du présent et du futur de tout notre univers. Ils savent qu'une substance mystérieuse appelée énergie noire provoque l'expansion de l'univers (à un rythme toujours croissant) dans toutes les directions. Mais lorsque les astronomes pointent leurs télescopes dans l'espace pour mesurer la Constante de Hubble (H0) – le nombre qui décrit la vitesse à laquelle l'univers se développe à différentes distances de nous ou d'un autre point – ils proposent des nombres qui ne sont pas d'accord les uns avec les autres, en fonction de la méthode qu'ils utilisent.

Une méthode, basée sur des mesures de la vitesse à laquelle les galaxies proches s'éloignent de la Voie lactée, produit un H0. Une autre méthode, basée sur l'étude de la lumière la plus ancienne de l'espace, ou fond cosmique micro-ondes (CMB), produit un autre H0. Ce désaccord a amené les scientifiques à se demander s'il existe un angle mort important dans leurs mesures ou théories, comme Live Science auparavant. signalé. Ces nouveaux résultats semblent montrer qu'il n'y a pas eu d'erreurs de mesure côté CMB.

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« Nous trouvons un taux d'expansion qui correspond exactement à l'estimation de l'équipe du satellite Planck », qui est une autre étude du CMB, a déclaré l'astrophysicien de l'Université Cornell Steve Choi, auteur principal de l'un des deux nouveaux articles, dans un communiqué. « Cela nous donne plus de confiance dans les mesures de la plus ancienne lumière de l'univers. »

Les données du satellite Planck, publiées en 2018, étaient les mesures les plus importantes du CMB jusqu'à présent. Avec un niveau de précision sans précédent, ils ont montré à quel point les mesures CMB de H0 sont en désaccord avec les mesures basées sur le mouvement des galaxies proches.

Ces nouveaux résultats ont recalculé la mesure CMB à partir de zéro en utilisant un ensemble entièrement différent de données et de calculs de télescope, et ont abouti à des résultats très similaires. Cela ne prouve pas que la mesure CMB de H0 est correcte – il pourrait encore y avoir un problème avec les théories physiques utilisées pour faire le calcul – mais cela suggère qu'il n'y a pas d'erreurs de mesure de ce côté du désaccord.

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S'appuyant sur les données du télescope de cosmologie d'Atacama (ACT) dans le désert d'Atacama au Chili, les chercheurs ont suivi de faibles différences entre différentes parties du CMB – qui semble avoir des niveaux d'énergie différents dans différentes parties du ciel. Le CMB, qui s'est formé lorsque l'univers s'est refroidi après le Big Bang, est détectable dans toutes les directions de l'espace comme une lueur de micro-ondes. C'est plus de 13 milliards d'années-lumière au loin, une relique d'une époque antérieure à la formation des étoiles et des galaxies.

En combinant les théories sur la formation du CMB avec des mesures précises de ses fluctuations, les physiciens peuvent déterminer à quelle vitesse l'univers se développait à ce moment-là. Ces données peuvent ensuite être utilisées pour calculer H0.

L'ACT a méthodiquement scanné la moitié du ciel entre 2013 et 2016, en regardant en particulier la lumière des micro-ondes. Ensuite, les chercheurs ont passé des années à nettoyer et analyser les données à l'aide de supercalculateurs, en supprimant d'autres sources micro-ondes qui ne font pas partie du CMB, pour assembler une carte complète du CMB. Tout le temps, ils se sont «aveuglés» sur les implications de leur travail, ont-ils écrit dans leurs articles, ce qui signifie qu'ils n'ont pas regardé comment leurs choix affectaient les estimations de H0 jusqu'à la toute fin. Ce n'est que lorsque la carte CMB complète était complète que les chercheurs l'ont utilisée pour calculer H0.

La nouvelle carte CMB offrait également une nouvelle mesure de la distance entre la Terre et le CMB. Cette distance, combinée à une nouvelle mesure de la vitesse à laquelle l'univers s'est étendu au fil du temps, a permis un calcul précis de l'âge de l'univers.

« Je n'avais pas de préférence particulière pour une valeur spécifique – ça allait être intéressant d'une manière ou d'une autre », a déclaré Choi.

C'est toujours possible, comme l'a déjà fait Live Science signalé, qu'une erreur dans ces théories perturbe le calcul. Mais on ne sait pas quelle serait l'erreur.

L'autre approche de calcul de H0 repose sur des étoiles pulsantes appelées cépheides, qui résident dans des galaxies éloignées et pulsent régulièrement. Cette pulsation chronométrée permet aux chercheurs d'effectuer des calculs précis de leur mouvement et de leurs distances par rapport à la Terre.

Avec ces mesures de vitesse directes, il est assez simple de trouver une mesure de H0. Il n'y a pas de théories cosmologiques compliquées impliquées. Mais c'est possible, certains scientifiques ont proposé, que notre région de l'univers est tout simplement étrangement vide, et non représentative de l'univers entier. Il est même possible qu'il y ait des problèmes de mesure avec les céphéides, et que ces bâtons de mesure cosmiques ne fonctionnent pas tout à fait comme les physiciens s'y attendent.

Pour l'instant, le vrai H0 reste un mystère. Mais les chercheurs du CMB ont plus de munitions pour leur côté du désaccord.

Les deux nouveaux articles décrivant la nouvelle analyse ont été publiés le 14 juillet dans la base de données de pré-impression arXiv et soumis à un examen formel par les pairs.

Publié à l'origine sur Live Science.

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