Des astrophysiciens de l’Université de l’Illinois et de l’Université de Chicago ont développé une méthode innovante pour mesurer la constante de Hubble – la vitesse à laquelle l’Univers se développe – en utilisant le subtil bourdonnement des ondes gravitationnelles. À mesure que les détecteurs d’ondes gravitationnelles deviendront plus sensibles dans les années à venir, cette approche pourrait remodeler notre compréhension de l’histoire cosmique et contribuer à résoudre un débat central dans l’astrophysique moderne.
« Ce résultat est très significatif : il est important d’obtenir une mesure indépendante de la constante de Hubble pour résoudre la tension actuelle de Hubble », a déclaré le professeur Nicolás Yunes de l’Université de l’Illinois.
« Notre méthode est une manière innovante d’améliorer la précision des inférences constantes de Hubble à l’aide d’ondes gravitationnelles. »
Le professeur Yunes et ses collègues proposent une technique basée sur les ondes gravitationnelles qui exploite le léger « bourdonnement de fond » provenant d’innombrables collisions de trous noirs lointains pour affiner les estimations de la constante de Hubble.
Contrairement aux méthodes traditionnelles, cette nouvelle approche exploite les ondulations de l’espace-temps lui-même – les ondes gravitationnelles – qui transportent des informations sur les vastes distances et la vitesse à laquelle les objets s’éloignent.
Les astrophysiciens appellent cela la méthode de la « sirène stochastique ».
« Parce que nous observons des collisions individuelles de trous noirs, nous pouvons déterminer les taux de ces collisions qui se produisent à travers l’Univers », a déclaré Bryce Cousins, étudiant diplômé de l’Université de l’Illinois.
« Sur la base de ces taux, nous nous attendons à ce qu’il y ait beaucoup plus d’événements que nous ne pouvons pas observer, ce que l’on appelle le fond d’ondes gravitationnelles. »
« Ce n’est pas tous les jours qu’on propose un outil entièrement nouveau pour la cosmologie », a ajouté le professeur Daniel Holz de l’Université de Chicago.
« Nous montrons qu’en utilisant le bourdonnement des ondes gravitationnelles de fond provenant de la fusion des trous noirs dans des galaxies lointaines, nous pouvons en apprendre davantage sur l’âge et la composition de l’Univers. »
« Il s’agit d’une direction passionnante et complètement nouvelle, et nous sommes impatients d’appliquer nos méthodes aux futurs ensembles de données pour aider à contraindre la constante de Hubble, ainsi que d’autres quantités cosmologiques clés. »
À mesure que les détecteurs d’ondes gravitationnelles deviendront plus sensibles dans les années à venir, la méthode des sirènes stochastiques pourrait devenir la pierre angulaire de la cosmologie de précision.
Le fond d’ondes gravitationnelles devrait être détecté au cours des six prochaines années.
Jusque-là, la méthode contraindrait des valeurs de plus en plus élevées de la constante de Hubble à mesure que les limites supérieures de l’arrière-plan s’amélioraient, fournissant ainsi une autre sonde de la tension de Hubble même sans détection complète.
« Cela devrait ouvrir la voie à l’application de cette méthode à l’avenir, alors que nous continuons à augmenter la sensibilité, à mieux limiter le fond d’ondes gravitationnelles et peut-être même à le détecter », a déclaré Cousins.
« En incluant ces informations, nous espérons obtenir de meilleurs résultats cosmologiques et nous rapprocher de la résolution de la tension de Hubble. »
Les travaux de l’équipe seront publiés dans la revue Physical Review Letters.
