Galaxie spirale NGC 4603 contenant des céphéides utilisées pour les mesures de distance. Crédit : ESA/Hubble & ; NASA, J. Maund
La recherche des Céphéides
La justification scientifique la mieux classée pour la construction du Hubble Space Telescope was to determine the size and age of the Universe through observations of Cepheid variables in distant galaxies. This scientific goal was so important that it put constraints on the lower limit of the size of Hubble’s primary mirror. Cepheids are a special type of variable star with very stable and predictable brightness variations. The period of these variations depends on physical properties of the stars such as their mass and true brightness. This means that astronomers, just by looking at the variability of their light, can find out about the Cepheids’ physical nature, which then can be used very effectively to determine their distance. For this reason, cosmologists call Cepheids “standard candles.”
Astronomers have used Hubble to observe Cepheids with extraordinary results. The Cepheids have then been used as stepping-stones to make distance measurements for supernovae, which have, in turn, given a measure for the scale of the Universe. Today we know the age of the Universe to a much higher precision than before Hubble: around 13.7 billion years.
“We certainly live in exciting times. Hubble has made enormous progress possible within cosmology. Today we have a much more unified cosmological picture than was possible even five years ago when people were talking of ‘The Cosmology in Crisis’. We have seen a dramatic change from misery to glory!”
— Gustav A. Tammann, Astronomer, University of Basel
Pictured is the supernova of the type Ia star 1994D, in galaxy NGC 4526. The supernova is the bright spot in the lower left corner of the image. Credit: ESA/Hubble
The expansion of the Universe
One of Hubble’s initial ‘core’ purposes was to determine the rate of expansion of the Universe, known to astronomers as the “Hubble Constant.” After eight years of Cepheid observations this work was concluded by finding that the expansion increases by 70 km/second for every 3.26 million light-years you look further out into space.
Hubble’s sharp vision means that it can see exploding stars, supernovae that are billions of light years away, and difficult for other telescopes to study. A supernova image from the ground usually blends in with the image of its host galaxy. Hubble can distinguish the light from the two sources and thus measure the supernova directly.
Pendant de nombreuses années, les cosmologistes ont débattu de la question de savoir si l’expansion de l’Univers s’arrêterait dans un avenir lointain ou se poursuivrait encore plus lentement. D’après les résultats de l’étude des supernovas par Hubble, il semble évident que l’expansion est loin de ralentir. En fait, en raison d’une propriété mystérieuse de l’espace lui-même, appelée énergie sombre, l’expansion s’accélère et se poursuivra éternellement. Cette conclusion surprenante est le fruit de mesures combinées de supernovae lointaines effectuées avec la plupart des télescopes de premier ordre du monde, dont Hubble. En outre, les récents résultats des supernovae indiquent que le cosmos n’a pas toujours accéléré, mais qu’il a commencé à le faire lorsque l’Univers avait moins de la moitié de son âge actuel.
Depuis la mesure de l’expansion de l’Univers par Hubble, d’autres mesures plus précises ont été effectuées, notamment avec le télescope spatial Spitzer. Cependant, ces différentes mesures n’ont pas été en accord, ce qui a créé un mystère et donné naissance à de nouvelles théories. De nouvelles mesures effectuées avec le télescope spatial Roman de la NASA ou à partir des ondes gravitationnelles pourraient aider à résoudre la controverse.
La découverte de l’accélération de l’expansion de l’Univers a valu à trois astronomes, Saul Perlmutter, Adam Riess et Brian Schmidt, d’être récompensés par le Prix Nobel de la paix. Prix Nobel de physique 2011.
“Hubble nous a donné les mesures de distance des quatre premières supernovae qui nous ont fait comprendre que quelque chose n’allait pas dans notre compréhension actuelle de l’Univers. Même si la preuve définitive que l’Univers s’accélère est venue plus tard, nous ne pouvions pas concilier nos observations de Hubble avec un Univers où l’expansion ralentit.”
– Bruno Leibundgut, astronome, Observatoire européen austral (ESO)
