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Les scientifiques de Clemson affinent la rapidité avec laquelle l'univers se développe

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L’équipe de Clemson collabore à la quantification de l’une des lois les plus fondamentales du cosmos

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Source: Jim Melvin / College of Science

CLEMSON, Caroline du Sud – État actuel de la théorie Une équipe d’astrophysiciens de l’Université Clemson a ajouté une nouvelle approche à la quantification de l’une des lois les plus fondamentales de l’univers.

Dans un article publié le 8 novembre 1945 dans The Astrophysical Journal [Marco Ajello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli et Dieter Hartmann, scientifiques de Clemson, ont collaboré avec six autres scientifiques du monde entier pour mettre au point une nouvelle mesure de la constante de Hubble, l'unité de mesure utilisée pour décrire le taux d'expansion de l'univers.

«La cosmologie consiste à comprendre l'évolution de notre univers: comment cela a-t-il évolué dans le passé, ce qu'il fait maintenant et ce qui se passera dans le futur», a déclaré Ajello, professeur associé au College of Scien département de physique et d’astronomie. «Notre connaissance repose sur un certain nombre de paramètres, y compris la constante de Hubble, que nous nous efforçons de mesurer aussi précisément que possible. Dans cet article, notre équipe a analysé les données obtenues à partir de télescopes en orbite et au sol afin de proposer l'une des mesures les plus récentes jamais réalisées sur la rapidité avec laquelle l'univers se développe. "

Le concept d'un univers en expansion a été avancé par l'Amérique Edwin Hubble (1889-1953), astronome, doit son nom au télescope spatial Hubble. Au début du 20ème siècle, Hubble devint l'un des premiers astronomes à déduire que l'univers était composé de plusieurs galaxies. Ses recherches ultérieures mènent à sa découverte la plus célèbre: que les galaxies s'éloignent les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance.

Hubble avait initialement estimé le taux d'expansion à 500 kilomètres par seconde par mégaparsec, l'équivalent mégaparsec étant à environ 3,26 millions d'années lumière. Hubble a conclu qu'une galaxie à deux mégaparsecs de notre galaxie reculait deux fois plus vite qu'une galaxie distante d'un mégaparsec. Cette estimation est connue sous le nom de constante de Hubble, ce qui prouve pour la première fois que l'univers était en expansion. Les astronomes l'ont recalibré – avec des résultats mitigés – depuis 1965

Avec l'aide de technologies en plein essor, les astronomes ont proposé des mesures très différentes des calculs originaux de Hubble, réduisant le taux d'expansion entre 50 et 100 kilomètres par seconde par mégaparsec. Et au cours de la dernière décennie, des instruments ultra-sophistiqués, tels que le satellite Planck, ont augmenté la précision des mesures d'origine de Hubble de manière relativement spectaculaire.

Dans un article intitulé «Une nouvelle mesure de la teneur en constante et en matière de Hubble du Un univers utilisant l’atténuation des rayons gamma lumière de fond extragalactiques », l’équipe collaborative a comparé les dernières données d’atténuation des rayons gamma du télescope spatial à rayons gamma de Fermi et des télescopes Cherenkov atmosphériques atmosphériques pour créer leurs estimations à partir de modèles de lumière de fond extragalactique. Cette nouvelle stratégie a permis de mesurer environ 67,5 kilomètres par seconde par mégaparsec.

Les rayons gamma sont la forme de lumière la plus énergique. La lumière de fond extragalactique (EBL) est un brouillard cosmique composé de toute la lumière ultraviolette, visible et infrarouge émise par les étoiles ou par les poussières environnantes. Lorsque les rayons gamma et EBL interagissent, ils laissent une empreinte observable – une perte progressive de flux – que les scientifiques ont pu analyser pour formuler leur hypothèse.

«La communauté astronomique investit énormément d’argent et de ressources dans ce domaine. cosmologie de précision avec tous les paramètres, y compris la constante de Hubble », a déclaré Dieter Hartmann, professeur de physique et d’astronomie. «Notre compréhension de ces constantes fondamentales a défini l'univers tel que nous le connaissons maintenant. Lorsque notre compréhension des lois devient plus précise, notre définition de l'univers le devient également, ce qui conduit à de nouvelles idées et découvertes. "

Une analogie courante de l'expansion de l'univers est un ballon parsemé de points, chaque point représentant une galaxie. Lorsque le ballon est gonflé, les taches se propagent de plus en plus loin.

«Certains pensent que le ballon va se dilater à un moment donné, puis s'effondrer à nouveau», a déclaré Desai, assistant de recherche diplômé au département de physique et astronomie. «Mais la croyance la plus commune est que l'univers continuera à se développer jusqu'à ce que tout soit si loin l'un de l'autre, il n'y aura plus de lumière observable. À ce stade, l'univers subira une mort froide. Mais ce n’est pas un sujet de préoccupation pour nous. Si cela se produit, ce sera des milliards d'années. ”

Mais si l'analogie avec le ballon est exacte, qu'est-ce qui explose exactement le ballon?

“ La matière – les étoiles, les planètes, même nous – n'est qu'une petite fraction de la composition globale de l'univers », a expliqué Ajello. «La grande majorité de l'univers est composée d'énergie noire et de matière noire. Et nous croyons que c’est l’énergie noire qui «gonfle le ballon». L’énergie noire se sépare. La gravité, qui attire les objets les uns contre les autres, est la force la plus forte au niveau local, ce qui explique pourquoi certaines galaxies continuent à se heurter. Mais aux distances cosmiques, l’énergie sombre est la force dominante. ”

Les autres auteurs collaborateurs sont l’auteur principal Alberto Dominguez de l’Université Complutense de Madrid; Radek Wojtak de l'Université de Copenhague; Justin Finke du laboratoire de recherche navale à Washington, D.C .; Kari Helgason de l'Université d'Islande; Francisco Prada de l'Instituto de Astrofisica de Andalucia; et Vaidehi Paliya, ancien chercheur postdoctoral du groupe Ajello chez Clemson, qui travaille maintenant au Deutsches Elektronen-Synchrotron à Zeuthen, en Allemagne.

«Il est remarquable que nous utilisions les rayons gamma pour étudier la cosmologie. Notre technique nous permet d’utiliser une stratégie indépendante – une nouvelle méthodologie indépendante des stratégies existantes – pour mesurer les propriétés cruciales de l’univers », a déclaré Dominguez, ancien chercheur postdoctoral du groupe Ajello. «Nos résultats montrent la maturité atteinte au cours de la dernière décennie par le domaine relativement récent de l'astrophysique des hautes énergies. L’analyse que nous avons développée ouvre la voie à de meilleures mesures dans l’avenir à l’aide du réseau de télescopes Cherenkov, qui est toujours en cours de développement et qui constituera la gamme la plus ambitieuse de télescopes au sol à haute énergie jamais construits. "

Les mêmes techniques utilisées dans le présent document correspondent à des travaux antérieurs menés par Ajello et ses homologues. Dans un projet précédent, paru dans le journal Science Ajello et son équipe ont pu mesurer toute la lumière des étoiles jamais émise dans l'histoire de l'univers.

«Ce que nous savons, c'est que les gamma- Les photons de rayons provenant de sources extragalactiques se déplacent dans l'univers vers la Terre, où ils peuvent être absorbés en interagissant avec les photons de la lumière des étoiles », a déclaré Ajello. «Le taux d'interaction dépend de la longueur de leur voyage dans l'univers. Et la longueur de leur voyage dépend de leur expansion. Si l'expansion est faible, ils parcourent une petite distance. Si l'expansion est grande, ils parcourent une très grande distance. La quantité d’absorption que nous avons mesurée dépend donc très fortement de la valeur de la constante de Hubble. Ce que nous avons fait, c'est inverser la tendance et l'utiliser pour limiter le taux d'expansion de l'univers. "

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Contacts avec les médias
Jim Melvin
jsmelvi@clemson.edu

Source originale

https://newsstand.clemson.edu/mediarelations/clemson-scientists-fther- raffiner-comment-rapidement-l'univers-est en expansion /? utm_source = homepage

Article de journal associé

http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/ab4a0e

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