Astronomie

Accélération de l'expansion de l'univers et bougie standard

Accélération de l'expansion de l'univers et bougie standard

Les étoiles récentes (et la supernova à bougie standard), si je ne m'abuse, contiennent plus d'éléments lourds que les étoiles plus anciennes. En conséquence, je suppose que les étoiles récentes et les supernovas devraient être légèrement plus sombres que les étoiles plus anciennes ? Si la phrase précédente est vraie, une supernova Ia légèrement plus faible apparaîtra comme si elle était plus éloignée, ce qui mènera à la conclusion que l'univers s'étend plus rapidement. La mesure du taux d'expansion de l'univers et de "l'énergie noire" prend-elle une telle possibilité dans le calcul ?


On pense que la plupart des supernovae de type Ia résultent de la détonation thermonucléaire de naines blanches composées presque entièrement de carbone et d'oxygène.

Ces naines blanches sont les noyaux d'étoiles de masse relativement faible qui ont vécu leur vie, sont passées par des étapes de combustion d'hydrogène et d'hélium, laissant derrière elles des noyaux de carbone/oxygène dégénérés qui deviennent des naines blanches refroidissantes après que l'enveloppe externe s'est détachée pendant l'asymptotique. phases de la branche géante et de la nébuleuse planétaire. A ce titre, leur composition, au moins au premier ordre, est quasiment indépendante de la composition initiale de l'étoile à partir de laquelle elles ont été formées. C'est-à-dire que même si l'étoile progénitrice avait une très faible teneur initiale en métal, la naine blanche produite serait toujours presque exclusivement un mélange carbone/oxygène, qui avait une masse de Chandrasekhar similaire et un potentiel explosif similaire.

Il est bien connu cependant que toutes les supernovae de type Ia ne sont pas identiques. On sait depuis longtemps que leurs courbes de lumière sont subtilement différentes et il existe un facteur dit d'étirement qui peut être appliqué pour obtenir une amplitude de pic "corrigée". a.k.a La relation largeur-luminosité.

Plus récemment, on s'est rendu compte que les supernovae de type Ia pouvaient résulter à la fois de l'accrétion ou de fusions et il est clair que la quantité de Ni radioactif varie d'une explosion à l'autre. Un article très récent de Milne et al. (2015) a cependant remis en cause la conception de l'indépendance de la métallicité. Ils affirment qu'il existe deux populations de type Ia SNe, liées à la métallicité des progéniteurs, et que ces populations deviennent plus apparentes à un décalage vers le rouge élevé lorsqu'on regarde l'émission ultraviolette du cadre de repos. L'essentiel de leurs conclusions est en effet, comme votre question le suppose, que cela peut contribuer dans une certaine mesure à améliorer (mais pas à éliminer) le besoin d'énergie noire.


La découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers

L'un des développements les plus importants de la cosmologie a été la découverte à la fin du vingtième siècle de l'accélération de l'expansion de l'univers. Ce résultat impliquait qu'environ 70 % de la densité énergétique de l'univers était composée d'une substance exotique, étant donné le nom d'espace réservé « énergie noire ». Cette découverte a été annoncée dans deux articles publiés presque simultanément : Riess et al. (1998) et Perlmutter et al. (1999).


Prix ​​Nobel de physique décerné pour l'accélération de l'expansion de l'univers

L'expansion de l'univers s'accélère, et cela est probablement dû à l'énergie noire, une mystérieuse force répulsive. Trois astronomes ont remporté mardi le prix Nobel pour leurs recherches sur l'explosion d'étoiles, ou supernovae, qui ont conduit à cette profonde conclusion cosmologique. Il s'agit de Saul Perlmutter du Lawrence Berkeley National Laboratory à Berkeley, Californie, Brian P. Schmidt de l'Australian National University à Weston Creek, Australie, et Adam G. Riess du Space Telescope Science Institute et de l'Université Johns Hopkins à Baltimore, Maryland. Leur découverte reposait fondamentalement sur la spectroscopie utilisant l'observatoire W. M. Keck et son spectrographe LRIS, entre 1995 et 1997.

Perlmutter, Schmidt et Riess étaient membres de deux équipes concurrentes qui étudiaient toutes les deux les supernovae les plus éloignées. Il a été démontré que ces supernovae de type Ia sont des « bougies standard » et peuvent ainsi donner des distances cosmologiques relativement précises. Les spectres de Keck des candidats supernova extrêmement éloignés étaient essentiels pour indiquer qu'ils sont de type Ia et pour déterminer le décalage vers le rouge, ou sa vitesse vue de la Terre, de la galaxie hébergeant la supernova. Ce sont les décalages vers le rouge et les distances d'un nombre modeste de supernovae distantes qui ont révélé que l'expansion de l'univers ne ralentissait pas, comme on l'avait prédit, mais s'accélérait en fait inexplicablement. L'accélération de l'expansion de l'Univers, signalée pour la première fois en 1998, a été confirmée par les deux groupes distincts. Cette expansion cosmologique accélérée et l'hypothèse selon laquelle elle est entraînée par l'énergie noire sont maintenant devenues l'un des domaines d'étude les plus importants en astronomie et en physique aujourd'hui.

À l'époque, "Nous avions un peu peur", a déclaré Schmidt. Des mesures cosmologiques ultérieures ont confirmé qu'environ 70 pour cent de l'univers en masse ou en énergie se compose de cette force anti-gravitationnelle appelée énergie noire.

En fait, Albert Einstein a introduit ce comportement bizarre avec un facteur de fudge dans ses équations en 1917 pour stabiliser l'univers contre l'effondrement. Il a ensuite abandonné cette idée, et l'a ensuite considérée comme sa plus grande bévue. « Chaque test que nous avons effectué est parfaitement conforme à la constante cosmologique originale d'Einstein en 1917 », a déclaré Schmidt.

Au cours des années qui ont suivi, les trois astronomes, ainsi que leurs collaborateurs, ont partagé un certain nombre de prix, dont le prix Shaw d'astronomie, pour cette recherche révolutionnaire.

Perlmutter, qui a dirigé le Supernova Cosmology Project à Berkeley, recevra la moitié du prix de 10 millions de couronnes suédoises (1,4 million de dollars). L'autre moitié sera partagée entre le Dr Schmidt, chef de l'équipe de recherche rivale High-Z Supernova, et Riess, qui était l'auteur principal de l'article de 1998 dans The Astronomical Journal, dans lequel le résultat de l'énergie noire a été publié pour la première fois. Ils recevront leurs prix à Stockholm le 10 décembre.

"La reconnaissance par le Comité Nobel de l'importance de ce travail valide l'énorme valeur pour notre société de l'astronomie optique/infrarouge au sol", a déclaré Taft Armandroff, directeur de l'Observatoire W. M. Keck. “En faisant fonctionner nos deux télescopes Keck et leurs instruments au plus haut niveau, une science transformationnelle comme celle de Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess se produit.”

L'observatoire W. M. Keck exploite deux télescopes optiques/infrarouges de 10 mètres au sommet du Mauna Kea sur la grande île d'Hawaï. Les télescopes jumeaux disposent d'une suite d'instruments avancés, notamment des imageurs, des spectrographes multi-objets, des spectrographes haute résolution, une spectroscopie à champ intégral et un système optique adaptatif d'étoile guide laser de premier plan. L'Observatoire est une organisation privée à but non lucratif 501(c) 3 et un partenariat scientifique du California Institute of Technology, de l'Université de Californie et de la NASA.


Type Ia SN et Univers en accélération

et cela soulève vraiment une question lancinante que j'ai depuis un moment. Le type Ia SN peut-il vraiment être considéré comme des « bougies standard » pour soutenir les observations de l'univers en accélération ?

Il est indiqué dans l'atricle que le faible SN a une plus petite quantité de Ni radioactif. Est-il possible que cela ait un effet sur la luminosité globale ? Je pose cette question parce que, dans l'univers primitif, la teneur en « métal » était plus faible. Cela pourrait-il avoir un effet sur la « physique de l'explosion ? Une métallicité plus faible serait attendue pour le type distant Ia SN qui a conduit à la conclusion d'un univers en accélération.

Le numéro de septembre 2006 d'Astronomy en parle, mais n'entre pas dans les détails.

#2 Taqyon

Intéressant - cela lui jetterait un certain nombre de choses sur la tête pour le moins.

Cependant, je pense que la distance de bon nombre de supernovas de type 1a a été confirmée par d'autres moyens - ce qui permet de supposer en toute sécurité que TOUTES les propriétés de 1a sont les mêmes.

Peut-être que les propriétés spectroscopiques de la nova sont prises en compte avec la quantité d'énergie libérée pour arriver au chiffre de la distance.

#3 HaleBopper

Cependant, je pense que la distance de bon nombre de supernovas de type 1a a été confirmée par d'autres moyens - ce qui permet de supposer en toute sécurité que TOUTES les propriétés de 1a sont les mêmes.

Ce n'est pas la distance à laquelle je voulais en venir. En supposant que la distance soit correcte à 100 %, est-ce le fait que nous ne savons toujours pas tout sur les SN en général que les SN très éloignés étaient plus faibles que prévu ? D'où la conclusion que l'univers accélère ? En d'autres termes, ces SN de type Ia pourraient-ils se comporter comme ils le devraient dans l'univers primitif (puisque nous regardons loin dans le temps) ?

Il se trouve que j'accepte que l'univers accélère, mais je pensais que j'aurais l'opinion des gens à ce sujet. Nourriture pour si pour ainsi dire.

#4 Taqyon

Le décalage vers le rouge est-il sûrement utilisé à la place de la luminosité pour déterminer le taux de départ ?

Ainsi, votre principe d'accélération de l'univers n'est pas affecté par le fait que les anciennes supernovae avaient moins de métaux et donc pas aussi brillants.

Veuillez patienter si j'ai mal compris, je ne suis pas aussi bien informé que la plupart des gens ici, mais j'aime une bonne conversation !

#5 HaleBopper

#6 Taqyon

#7 Interrupteur d'encre

#8 HaleBopper

Je connais la théorie. Je fais référence aux niveaux de "métal" déjà présents avant de passer au SN.

Par exemple, si notre soleil était un compagnon nain blanc, et avec son contenu "en métal plus élevé", devenait SN, serait-il plus lumineux qu'un autre nain blanc "pauvre en métal" SN dans l'univers primitif ?

#9 Taqyon

#10 HaleBopper

#11 VanJan

#12

L'article de presse de S&T m'a également fait courir pour référence. D'après ce que j'ai lu de diverses sources, le Ni radioactif est un produit de l'explosion, pas un élément initial de la naine blanche pré-supernova elle-même. Qualificatif : Je suis juste un profane intéressé par l'astrophysique, alors s'il vous plaît, prenez tout ce que je pense avec une dose très saine de métaux de base.

Le nickel dans un SN Ia est produit lors des réactions thermonucléaires galopantes qui provoquent l'explosion. La composition chimique de l'étoile lorsqu'elle s'est formée à partir du milieu interstellaire a très peu d'effet sur cela. N'oubliez pas que le précurseur (très probable) d'un type Ia est une naine blanche, dans laquelle le carbone et l'oxygène produits par les réactions de fusion dans l'étoile dominent la composition.

Le mélange chimique d'origine de l'étoile pourrait avoir de petits effets sur l'apparence de la supernova, en raison de son absorption et de sa diffusion de la lumière lorsque l'énergie produite par l'explosion se fraie un chemin à travers les couches externes de l'étoile. Les astronomes qui créent des modèles de supernovae incluent ces petits effets dans leurs modèles, et les observateurs de supernovae sont conscients de la possibilité que de petits changements dans la composition initiale puissent provoquer des changements systématiques dans l'apparence du type Ia SNe à différents décalages vers le rouge.

C'est un sujet compliqué, et nous ne connaissons pas toutes les réponses, mais nous sommes conscients des questions et nous y travaillons.

#13 astrotrf

Je suis désolé d'aborder ce sujet en retard, je ne peux pas penser à quel point je l'ai raté avant. mais comme il ne semble pas y avoir de résolution dans ce fil, j'ai pensé me lancer.

Tout l'intérêt des observations distantes de type Ia SNe était de vérifier que l'expansion de l'Univers est constante dans le temps, c'est le résultat que tout le monde s'attendait à voir.

Pour ce faire, vous ne pouvez pas utiliser le redshift pour mesurer les distances au SNe, car utiliser le redshift pour calculer la distance suppose que le taux d'expansion a toujours été constant. Il fallait donc une méthode, indépendante du redshift, pour déterminer la distance.

Le type Ia SNe a semblé un bon choix, car on pense qu'ils ont tous la même luminosité. Par conséquent, les luminosités de ces SNe ont été mesurées, leurs distances ont été calculées à partir de la luminosité, et cela a conduit au résultat que le taux d'expansion de l'Univers n'est pas constant, mais s'accélère en fait (et ce depuis plusieurs milliards d'années).

Comme l'OP l'a suggéré, cette observation dépend entièrement du fait que le type Ia SNe est en fait des bougies standard fiables. Si tel n'était pas le cas, l'interprétation de ces observations serait remise en cause.

Cependant, il existe d'autres observations qui soutiennent également l'idée d'un univers en accélération, notamment la mesure par le satellite WMAP du fond diffus cosmologique.


Les AGN comme une nouvelle bougie standard ?

Nan. Une bougie standard n'est pas le même bâton de cire rouge, vert, bleu, jaune et rose omniprésent qui décore votre gâteau d'anniversaire de tous les jours. Jusqu'à présent, une bougie standard signifiait une étoile variable Céphéide – ou plus récemment – une supernova de type 1a. Mais quelque chose de nouveau arrive presque tous les jours en astronomie, n'est-ce pas ? Alors commencez à réfléchir à la façon dont un noyau galactique actif pourrait être utilisé pour déterminer la distance…

« Des distances précises par rapport aux objets célestes sont essentielles pour établir l'âge et la densité d'énergie de l'Univers et la nature de l'énergie noire. » déclare Darach Watson (et al). « Une mesure de distance utilisant des noyaux galactiques actifs (AGN) est recherchée depuis plus de quarante ans, car ils sont extrêmement lumineux et peuvent être observés à de très grandes distances.

Alors comment ça a été fait? Comme nous le savons, les noyaux galactiques actifs abritent des trous noirs supermassifs qui libèrent de puissants rayonnements. Lorsque ce rayonnement ionise les nuages ​​de gaz à proximité, ils émettent également leur propre signature lumineuse. Avec les deux émissions à portée des télescopes de collecte de données, tout ce dont vous avez besoin est un moyen de mesurer le temps qu'il faut entre le signal de rayonnement et le point d'ionisation. Le processus est appelé cartographie de réverbération.

« Nous utilisons la relation étroite entre la luminosité d'un AGN et le rayon de sa région de ligne large établie via une cartographie de réverbération pour déterminer les distances de luminosité par rapport à un échantillon de 38 AGN. » explique Watson. “Toutes les mesures de distance fiables jusqu'à présent ont été limitées à un redshift modéré — AGN permettra, pour la première fois, d'estimer les distances à z

4, où les variations de l'énergie noire et les théories de la gravité alternative peuvent être sondées.

Le diagramme AGN de ​​Hubble. L'indicateur de distance de luminosité =pF est tracé en fonction du redshift pour 38 AGN avec des mesures de décalage H. Sur l'axe de droite, la distance de luminosité et le module de distance (m-M) sont affichés en utilisant la distance des fluctuations de luminosité de surface à NGC3227 comme étalon. La meilleure cosmologie actuelle est représentée par une ligne continue. La ligne n'est pas adaptée aux données mais suit clairement les données. Les cosmologies sans composante d'énergie noire sont représentées sous forme de lignes en pointillés et en pointillés. Le panneau inférieur montre le logarithme du rapport des données par rapport à la cosmologie actuelle sur l'axe de gauche, avec les mêmes valeurs mais en magnitudes sur la droite. La flèche rouge indique la correction d'extinction interne pour NGC3516. La flèche verte montre où se situerait NGC7469 en utilisant l'estimation de décalage révisée. NGC7469 est notre plus grande valeur aberrante et est considéré comme un exemple d'objet avec un décalage mal identifié.

L'équipe n'a pas pris ses recherches à la légère. Cela signifie des calculs minutieux en utilisant des facteurs connus et en répétant les résultats avec d'autres variables ajoutées au mélange. Même l'incertitude…

“La dispersion due à l'incertitude d'observation peut être considérablement réduite. Un avantage majeur détenu par AGN est qu'ils peuvent être observés à plusieurs reprises et la distance à un objet donné considérablement affinée. " explique Watson. « La limite ultime de la précision de la méthode dépendra de la façon dont le BLR (région d'émission à large bande) réagit aux changements de luminosité de la source centrale. La relation étroite actuelle entre le rayon et la luminosité indique que le paramètre d'ionisation et la densité du gaz sont presque constants dans notre échantillon.

À la première bougie standard, nous avons découvert que l'Univers était en expansion. À la seconde, nous avons appris que cela s'accélérait. Nous revenons maintenant à 750 millions d'années seulement après le Big Bang. Qu'est-ce que demain apportera?


Une bougie standard est un objet astronomique dont la magnitude absolue est connue. Ils sont extrêmement importants pour les astronomes car en mesurant la magnitude apparente de l'objet, nous pouvons déterminer sa distance à l'aide de la formule :

m est la magnitude apparente de l'objet, M est la grandeur absolue de l'objet, et est la distance à l'objet en parsecs.

Les bougies standard les plus couramment utilisées en astronomie sont les étoiles variables Céphéides et les étoiles RR Lyrae. Dans les deux cas, la magnitude absolue de l'étoile peut être déterminée à partir de sa période de variabilité.

Les supernovae de type Ia sont aussi normalement classées comme des bougies standard, mais en réalité elles sont plus standardisable bougies car elles n'ont pas toutes la même luminosité maximale. Cependant, les différences de leurs luminosités maximales sont corrélées avec la rapidité avec laquelle la courbe de lumière décline après la lumière maximale via la relation luminosité-taux de déclin, et elles peuvent être transformées en bougies standard en corrigeant cet effet.

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L'UNIVERS EN ACCÉLÉRATION

Si petite que soit la densité critique, la quantité de matière dans l'univers semble être encore plus petite que la densité critique. La quantité de matière regroupée en amas et en superamas ne contribue qu'à environ 30 pour cent de la densité critique. Qu'est-ce qui fournit le reste de la masse (ou de l'énergie, puisque E = mc 2 ) ? Les photons fournissent de l'énergie, mais tous les photons de l'univers, du fond diffus cosmologique, de la lumière des étoiles, de votre écran d'ordinateur et de toutes les autres sources, fournissent bien moins d'un pour cent de la densité critique. Le reste de la densité critique est fourni par une certaine forme d'énergie (ou masse, puisque m = E/c 2 ) qui est distribuée en douceur dans tout l'univers, au lieu d'être regroupée en amas et superamas. Cette mystérieuse forme d'énergie est appelée énergie noire.

  • L'énergie noire a une densité d'environ 70 pour cent de la densité critique. (C'est-à-dire une densité de masse de 6 x 10 -27 kilogrammes par mètre cube ou de manière équivalente une densité d'énergie de 6 x 10 -10 joules par mètre cube.)
  • L'énergie noire n'émet pas de lumière (d'où le nom FONCÉ énergie).

(2) L'expansion de l'univers semble actuellement s'accélérer.

Alors, comment les astronomes s'y prennent-ils pour déterminer si l'expansion de l'univers s'accélère ou ralentit ? Le taux d'expansion actuel est donné par la constante de Hubble (H0). Pour trouver la constante de Hubble, vous pouvez tracer la distance (d) des bougies standard en fonction de leur vitesse de récession (v). Si le tracé résultant a une faible pente (c'est-à-dire si les galaxies avec une grande vitesse de récession ont une distance relativement petite), alors l'univers est en expansion rapide et H0 est large. En revanche, si le tracé de la distance en fonction de la vitesse de récession a une pente raide, alors l'univers s'étend lentement et H0 est petite.

Mais H0 nous dit à quelle vitesse l'univers s'étend maintenant, comment pouvons-nous dire à quelle vitesse l'univers s'étendait dans le passé ? Rappelez-vous, « un télescope est une machine à remonter le temps ». La vitesse d'une galaxie extrêmement lointaine nous dit à quelle vitesse l'univers a été en expansion au moment où la lumière que nous observons a été émise, il y a peut-être des milliards d'années, lorsque l'univers était beaucoup plus jeune (et peut avoir connu une expansion beaucoup plus rapide ou plus lente). Si un tracé de distance en fonction de la vitesse de récession a une pente plus faible à des vitesses de récession élevées, alors l'univers s'est étendu plus rapidement dans le passé qu'il ne l'est maintenant. Si un graphique de la distance en fonction de la vitesse de récession est plus raide à des vitesses de récession élevées, alors l'univers s'étendait plus lentement dans le passé. (Je réalise que cette description verbale peut être un peu déroutante. Un coup d'œil à la figure 28-17 du manuel devrait rendre les choses plus claires.)

  • Résultat : les supernovas distantes ont un léger décalage vers le rouge plus petit qu'ils ne le feraient si l'expansion de l'univers n'était pas accélérée.
  • Déduction : l'univers était en expansion plus lentement dans le passé qu'il ne l'est maintenant.
  • Spéculation : l'accélération de l'expansion est causée par la pression de l'énergie noire.

(3) L'accélération de l'univers pourrait être causée par une constante cosmologique.

  • une densité d'énergie (qui aplatit l'univers)
  • une pression (qui accélère l'expansion de l'univers)

Lorsqu'Einstein a introduit pour la première fois la constante cosmologique en 1917, il la considérait comme un vilain artifice mathématique. (Il pensait que cela entachait l'élégante simplicité de ses équations.) Quand Hubble a souligné, une décennie plus tard, que l'univers était ne pas statique, Einstein a joyeusement abandonné la constante cosmologique.

Maintenant, cependant, l'accélération de l'univers a poussé les scientifiques à sortir du grenier la constante cosmologique d'Einstein et à la dépoussiérer. De plus, là où Einstein considérait la constante cosmologique comme un « fudge factor » purement mathématique, les physiciens modernes ont trouvé une réalité physique derrière elle. La constante cosmologique, selon les lois de la mécanique quantique, pourrait représenter l'énergie et la pression du vide. En physique newtonienne classique, un vide est totalement vide et ne peut donc pas avoir d'énergie ou de pression. Dans le monde de la mécanique quantique, cependant, les vides ne sont pas totalement vides. Dans un espace apparemment vide, des paires de particules et d'antiparticules sont constamment créées, pour s'annihiler les unes avec les autres peu de temps après. Protons et anti-protons, neutrons et anti-neutrons, électrons et anti-électrons (également appelés positons) - ils surgissent constamment de nulle part, pour être détruits une infime fraction de seconde plus tard. Celles-ci paires virtuelles de particules, comme on les appelle, fournissent de l'énergie et de la pression pendant la courte durée de leur existence.


Accélération de l'expansion de l'univers et bougie standard - Astronomie

L'univers est en expansion, comme l'a décrit pour la première fois Edwin Hubble en 1929. Il a découvert que la lumière provenant de sources éloignées était déplacée vers l'extrémité rouge du spectre. Cela indiquait que les ondes lumineuses avaient été « étirées » pendant leur voyage vers la Terre, et la raison en est que l'univers entier était « étiré » d'une quantité correspondante au fur et à mesure de son expansion. Aujourd'hui, 80 ans plus tard, ce virage vers le rouge a été confirmé à maintes reprises. Ce que les astronomes voulaient déterminer, c'était la vitesse à laquelle l'expansion ralentissait en raison de l'attraction gravitationnelle de toute la matière de l'Univers. En utilisant une supernova de type 1A comme bougie standard, un certain nombre d'astronomes ont passé 10 ans à étudier cette question. Ce qu'ils ont trouvé en 1998 était stupéfiant. Au lieu de ralentir le taux d'expansion, il s'accélérait avec le temps. Ceci était basé sur une explosion de supernova de type 1A à partir de laquelle de la lumière a été émise il y a entre 1 et 10 milliards d'années, et les premiers résultats provenaient de deux groupes de recherche indépendants.

Ces observations ont été corroborées un certain nombre de fois depuis 1998, et il y a de fortes preuves de cela dans les projets WMAP et SDSS comme discuté dans la partie précédente de cette section Cosmic Microwave Background (voir menu, à gauche). Le modèle qui convient le mieux à l'observation est le modèle Lambda/Cold Dark Matter (ou LCDM). Cela donne des contributions de l'énergie noire, de la matière noire et de la matière baryonique qui sont en accord étroit avec les valeurs dérivées d'autres manières. Lambda (L) est ici la constante cosmologique, et représente la composante d'énergie noire qui provoque l'expansion de l'Univers. La matière noire froide indique que la matière noire dans ce modèle se déplace à une vitesse faible et non relativiste, qu'elle n'émet pas d'énergie électromagnétique (photons) et qu'elle n'interagit pas avec la matière baryonique sauf passant par la gravité. Ce modèle fait également des prédictions sur la taille de l'Univers qui correspondent bien à la théorie de l'inflation.

Il existe de nombreux modèles qui tentent d'expliquer l'accélération de l'expansion due à l'énergie noire : une constante cosmologique, une quintessence ou une forme d'énergie fantôme. Les dernières données WMAP de sept ans tendent à indiquer une constante cosmologique. Au fur et à mesure que l'Univers s'étend, la densité moyenne de matière noire diminue. La densité moyenne d'énergie noire, qui est répartie de manière homogène et a une pression négative, c'est-à-dire qu'elle est répulsive, a tendance à rester constante. Alors que l'équivalent énergétique moyen de la matière dans l'Univers dépassait la densité moyenne d'énergie noire, l'expansion de l'Univers s'est ralentie. À un moment donné, qu'on pense actuellement avoir eu lieu il y a environ cinq à sept milliards d'années, l'équivalent énergétique moyen de la matière dans l'Univers est tombé en dessous de celui de l'énergie noire, de sorte que l'effet répulsif a déclenché l'expansion.


Les « bougies standard » de l'Univers sont des fusions de naines blanches

Une petite section de l'image Subaru Deep Field montrant certaines des galaxies et des supernovae utilisées dans l'étude. Crédit : NAOJ

(PhysOrg.com) - La plus grande enquête à ce jour sur les étoiles lointaines en explosion donne aux astronomes de nouveaux indices sur ce qui se cache derrière les supernovae de type Ia qu'ils utilisent pour mesurer les distances à travers le cosmos.

Ces explosions stellaires ont aidé les astronomes à conclure il y a plus de dix ans que l'énergie noire accélère l'expansion de l'univers. Mais ce qui les a provoqués était un mystère. De nombreux astronomes pensaient que les étoiles naines blanches tiraient de la matière de leurs compagnons stellaires normaux et devenaient si grosses qu'elles explosaient.

Mais la nouvelle étude menée par des astronomes américains, israéliens et japonais utilisant les télescopes Subaru et Keck à Hawaï suggère plutôt que beaucoup, sinon la plupart, des supernovae de type Ia résultent de la fusion et de l'annihilation de deux étoiles naines blanches dans une explosion thermonucléaire.

"La nature de ces événements eux-mêmes est mal comprise, et il y a un débat acharné sur la façon dont ces explosions se déclenchent", a déclaré Dovi Poznanski, l'un des principaux auteurs de l'article et chercheur post-doctoral à l'Université de Californie. , Berkeley et Lawrence Berkeley National Laboratory.

"L'objectif principal de cette enquête était de mesurer très tôt les statistiques d'une grande population de supernovae, afin d'avoir un aperçu des systèmes stellaires possibles", a-t-il déclaré. “La fusion de deux naines blanches peut bien expliquer ce que nous voyons.”

Poznanski, étudiant diplômé de l'Université de Tel-Aviv Or Graur et leurs collègues rendront compte de leurs découvertes dans le numéro d'octobre 2011 de la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (MNRAS).

Les résultats ne remettent pas en cause la conclusion selon laquelle l'expansion de l'univers s'accélère, a déclaré le coauteur Alex Filippenko, professeur d'astronomie à l'UC Berkeley.

« Tant que les types I explosent de la même manière, quelle que soit leur origine, leur luminosité intrinsèque devrait être la même et les étalonnages de distance resteraient inchangés », a-t-il déclaré.

Les preuves que les supernovae de type Ia sont causées par la fusion de deux naines blanches, la théorie dite de la double dégénérescence, se sont accumulées au cours des deux dernières années, sur la base d'enquêtes menées par le télescope spatial Hubble et d'autres.

"Le vent est définitivement en train de tourner, et ce sont les meilleures données à ce jour pour soutenir la théorie de la dégénérescence double", a déclaré Filippenko.

Les naines blanches sont des étoiles denses et compactes formées d'étoiles normales comme le soleil une fois qu'elles épuisent leur combustible nucléaire et se compressent sous leur propre poids.

Le nouveau et le plus important relevé jamais réalisé à l'aide du télescope Subaru à Hawaï a accumulé un échantillon de 150 supernovas distantes qui ont explosé il y a entre 5 et 10 milliards d'années.

La découverte, combinée à des études précédentes de supernovae de type Ia plus proches, suggère que les astronomes étudiant les supernovae de type Ia pourraient voir un mélange de dégénérés simples et doubles.

"Il n'y a pas encore de bonnes réponses, et il se pourrait que nous assistions à un mélange des deux types d'explosions", a déclaré Poznanski.

Bien que la nature à deux faces des supernovae de type Ia leur permette toujours d'être utilisées comme bougies calibrables pour mesurer la distance cosmique, a déclaré Filippenko, cela pourrait affecter les tentatives de quantifier en détail l'histoire du taux d'expansion de l'univers. Les différences subtiles entre les modèles dégénérés simples et doubles pourraient introduire une erreur systématique dont nous devrons tenir compte.

L'équipe a découvert que les supernovae de type Ia étaient cinq fois plus courantes il y a 5 à 10 milliards d'années qu'aujourd'hui, probablement parce qu'il y avait alors plus de jeunes étoiles évoluant rapidement en naines blanches. De plus, cette étude a permis à l'équipe de déterminer plus précisément la production de fer au cours du temps cosmique, car les supernovae de type Ia créent du fer par le biais de réactions nucléaires lorsqu'elles explosent.

Pour trouver leur échantillon distant, l'équipe internationale d'astronomes a exploité l'énorme pouvoir de collecte de lumière de la caméra Suprime du télescope Subaru à quatre reprises. Ils ont pointé le télescope au sol, situé au sommet du volcan Mauna Kea d'Hawaï, vers un seul champ dans le ciel qui avait à peu près la taille de la pleine lune. Chaque exécution a donné environ 40 supernovae parmi 150 000 galaxies.

Ensuite, ils ont utilisé les télescopes Keck sur le Mauna Kea pour observer les galaxies où ces explosions se sont produites. Ces observations étaient cruciales pour déterminer la distance de ces événements.

Les futures observations avec l'Hyper Suprime-Camera, qui sera montée sur le télescope Subaru, permettront de découvrir des échantillons de supernova encore plus gros et plus éloignés pour tester cette conclusion.


Les ondulations cosmiques confirment l'accélération de l'univers

Il y a quatre ans, les cosmologistes ont étonné leurs collègues en annonçant que l'univers semble s'étendre à une vitesse toujours croissante - et qu'une mystérieuse force antigravité doit faire la poussée. Depuis lors, d'autres scientifiques ont cherché en vain des preuves que l'accélération inattendue pourrait être une illusion. Maintenant, un consortium international d'astronomes a confirmé la découverte originale avec une approche complètement différente.

La découverte originale et la nouvelle étude reflètent les deux stratégies différentes que les scientifiques utilisent pour cartographier la structure et la géométrie des coins les plus reculés de l'univers. L'une consiste à prendre une "bougie standard" - un objet dont la luminosité est connue - puis à calculer sa vitesse en mesurant à quel point le décalage vers le rouge "étire" sa lumière lorsqu'il traverse l'univers. Les annonces de 1998 que l'expansion de l'univers s'accélère (La science, 30 janvier 1998, p. 651) s'est appuyé sur cette technique, en utilisant des étoiles explosives surnommées supernovae de type IA comme bougies standard. Les supernovae lointaines reculent plus lentement que prévu, ont découvert les chercheurs, suggérant une accélération cosmique.

Le nouveau travail, réalisé par une équipe de 27 personnes provenant de 14 institutions du monde entier, adopte une approche très différente qui exploite le caractère inégal de l'univers. L'équipe a commencé relativement près de chez elle, en calculant les variations de regroupement au sein d'un énorme essaim de galaxies proches. Ces variations peuvent être retracées jusqu'aux ondulations de la rémanence du big bang, le rayonnement cosmique micro-ondes, explique le directeur de l'étude George Efstathiou de l'Institut d'astronomie de Cambridge, au Royaume-Uni. En comparant les variations modernes de regroupement aux anciennes ondulations du rayonnement cosmique micro-ondes, l'équipe a calculé la quantité de matière qui doit être saupoudrée à travers le cosmos pour transformer les ondulations primordiales en amas multigalactiques à mesure que l'univers vieillissait.

Les résultats, publiés dans le numéro du 21 février du Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, ajoutent du poids à l'idée d'un univers en accélération. First, they confirm earlier findings that the universe is flat, but they indicate that there is only a third as much matter as is needed to create that flatness. This means that the remaining two thirds is what cosmologists call dark energy. "Dark energy has this strange property that it's essentially repulsive," explains Max Tegmark, a cosmologist at University of Pennsylvania in Philadelphia. "It pushes everything away and makes the universe accelerate faster and faster."

The case that the universe is accelerating is "compelling," says Tegmark, "but it certainly hasn't been established beyond any reasonable doubt." That should come with future generations of cosmic microwave background measurements, he says.


Voir la vidéo: accélération de lexpansion de lunivers. lEnergie NOIRE HD 720p (Juillet 2021).