Les étoiles à neutrons hurlent dans des vagues d'espace-temps à leur mort, et les astronomes ont esquissé un plan pour utiliser leur agonie gravitationnelle pour retracer l'histoire de l'univers. Rejoignez-nous pour explorer comment transformer leur douleur en notre profit cosmologique.
Les cosmologistes sont obsédés par les normes. La raison de cette obsession réside dans leurs tentatives laborieuses de mesurer les distances extrêmes dans notre univers. Regardez une étoile ou une galaxie aléatoire. À quelle distance est-il? Est-elle plus proche ou plus éloignée qu'une étoile ou une galaxie à côté d'elle? Et si l'un est plus lumineux ou plus sombre que l'autre?
C'est une situation assez désespérée, à moins que le cosmos ne soit dispersé avec des choses standard - des objets aux propriétés connues. Imaginez si des ampoules de 100 watts ou des bâtonnets de mètre jonchaient l'univers. Si nous pouvions voir ces ampoules ou bâtons de compteur, nous pourrions comparer Commentils nous regardent ici sur Terre à ce que noussavoir ils ressemblent de près et personnels. Si nous voyons une ampoule dans l'univers et savons qu'elle est censée avoir la même luminosité qu'une ampoule standard de 100 watts, alors nous pouvons faire une trigonométrie pour éliminer la distance à cette ampoule. Même chose pour le bâton: si nous voyons un bâton aléatoire flotter et que nous savons qu'il est censé mesurer exactement un mètre de long, nous pouvons comparer sa longueur dans notre champ de vision et calculer la distance qui le sépare.
Bien sûr, les ampoules et les bâtonnets de compteur rendraient les sondes cosmologiques moche, car elles sont faibles et petites. Pour un travail sérieux, nous avons besoin de choses brillantes, de grandes choses et de choses communes. Et il y a peu de ces normes dans l'univers: la supernova de type 1a sert de «bougies standard» et les oscillations acoustiques de baryon (un vestige cuit dans la distribution des galaxies restes du premier univers, et le sujet d'un autre article) peuvent servir de une «règle standard».
Mais nous allons avoir besoin de plus que des bougies et des bâtons pour nous sortir de l'énigme cosmologique actuelle dans laquelle nous nous trouvons.
Nous vivons dans un univers en expansion. Chaque jour, les galaxies s'éloignent les unes des autres (en moyenne, il peut encore y avoir des collisions et des regroupements à «petite échelle»). Et le taux d'expansion de notre univers a changé au cours des 13,8 milliards d'années passées de l'histoire cosmique. L'univers est composé d'un tas de personnages différents: rayonnement, étoiles, gaz, des choses étranges comme les neutrinos, des choses plus étranges comme la matière noire et des choses plus étranges comme l'énergie sombre. À mesure que chacun de ces composants s'allume, s'éteint, commence à dominer ou cesse de dominer, le taux d'expansion de l'univers change à son tour.
Au bon vieux temps, la matière était le patron de l'univers. Donc, à mesure que l'univers se développait, cette expansion a ralenti à cause du tirage gravitationnel constant de toute cette matière. Mais alors la question est devenue trop étendue, trop mince et trop faible pour contrôler le cosmos.
Il y a environ cinq milliards d'années, l'énergie sombre a pris le contrôle, inversant la légère décélération de l'expansion de l'univers et poussant le pétale vers le métal, provoquant l'expansion de l'univers non seulement de continuer, mais d'accélérer. L'énergie noire - quelle qu'elle soit - continue sa sinistre domination du cosmos jusqu'à nos jours.
Il est extrêmement important de mesurer le taux d'expansion de l'universmaintenant - puisque le taux d'expansion est lié au contenu de l'univers, mesurer le taux d'expansion nous indique aujourd'hui qui sont les principaux acteurs cosmologiques et leur importance relative. Nous pouvons mesurer le taux d'expansion d'aujourd'hui, connu sous le nom de constante de Hubble, de nombreuses façons, comme avec des bâtons et des bougies.
Et là réside une tension surprenante. Les mesures de la constante de Hubble de l'univers proche en utilisant des choses comme la supernova donnent une valeur particulière. Mais les mesures du premier univers en utilisant le fond de micro-ondes cosmique conduisent également à des contraintes sur la constante de Hubble d'aujourd'hui, et ces mesures ne sont pas tout à fait d'accord les unes avec les autres.
Un problème épineux: deux méthodes indépendantes de mesure du même nombre conduisent à des résultats différents. Cela pourrait être le signe d'une toute nouvelle physique ou simplement d'observations mal comprises. Mais quoi qu'il en soit, alors que certains cosmologistes considèrent cette situation comme un défi, d'autres la considèrent comme une opportunité. Nous avons besoin de plus de mesures, et en particulier de mesures totalement indépendantes des mesures existantes. Nous avons des règles standard et des bougies standard, alors que diriez-vous… des sirènes standard.
Bien sûr, pourquoi pas.
Les ondes gravitationnelles cacophoniques provenant des derniers instants des collisions de deux étoiles à neutrons véhiculent des informations cosmologiques juteuses. Puisque nous comprenons très bien leur physique, nous pouvons étudier la structure ultra-précise des ondes gravitationnelles pour savoir à quel point (en gravité, pas dans le son, mais vous aurez juste à rouler avec la métaphore), elles criaient quand elles sont entrées en collision . Ensuite, nous pouvons comparer cela à la façon dont ils sonnent fort ici sur Terre, et le tour est joué: une distance.
Cette technique a déjà donné une mesure (relativement approximative) de la constante de Hubble à partir de la seule et unique fusion d'étoiles à neutrons observée.
Mais cela ne devrait pas être le dernier cri de mort des étoiles à neutrons que nous entendons. Au cours des prochaines années, nous nous attendons (espérons?) À en attraper des dizaines de plus. Et à chaque collision, nous pouvons déterminer une distance fiable à l'événement de feu et mesurer l'histoire de l'expansion de l'univers depuis leur destin de neutronie, fournissant une piste complètement différente pour révéler la valeur de la constante de Hubble.
Les cosmologistes de l'Université de Chicago ont prédit que d'ici cinq ans, la technique des sirènes standard fournira des mesures compétitives par rapport aux méthodes existantes. Mais quand il s'agit du grand débat cosmologique du XXIe siècle, la question demeure: les sirènes standard seront-elles le facteur décisif, ou ne feront-elles qu'approfondir le mystère?
Lire la suite: «Une mesure constante de Hubble de 2% à partir de sirènes standard d'ici 5 ans»
