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Deux supernovas incroyablement rares qui ont éclaté il y a des milliards d’années offrent une occasion unique d’expliquer le plus grand mystère de la cosmologie : à quelle vitesse l’univers s’étend-il ?
Mais il y a un problème : même si les astronomes ont déjà observé ces étoiles explosives, il faudra attendre jusqu’à 60 ans pour que leur lumière nous parvienne à nouveau.
Un phénomène appelé lentille gravitationnelle a divisé la lumière de ces étoiles oblitérées en plusieurs images, dont chacune parcourt un chemin différent à travers l’espace-temps pour nous atteindre. En conséquence, les chercheurs pourront un jour mesurer le délai entre ces images fantomatiques pour offrir une contrainte sans précédent sur le taux d’expansion de l’univers – un problème qui tourmente depuis longtemps les scientifiques, car l’univers semble s’étendre à des rythmes différents selon l’endroit où ils regardent.
Les loupes cosmiques révèlent l’invisible
Ces observations de supernova sont parmi les premiers résultats du programme de trésorerie Vast Exploration for Nascent, Unexplored Sources (VENUS). L’enquête VENUS utilise le Télescope spatial James Webb (JWST) pour observer 60 amas de galaxies denses, qui agissent comme des lentilles cosmiques qui divisent et concentrent la lumière provenant de sources extrêmement lointaines, autrement invisibles, telles que les supernovas.
Ce phénomène cosmique, appelé lentille gravitationnelle, est une conséquence directe de l’effet de la gravité sur l’atmosphère. tissu de l’espace-temps et a été proposé pour la première fois par Albert Einstein dans son théorie de la relativité. Cela se produit lorsqu’un objet céleste massif, comme un amas de galaxies, courbe la lumière provenant d’une source plus éloignée située derrière lui, grossissant ainsi l’objet.
« Une forte lentille gravitationnelle transforme les amas de galaxies en télescopes les plus puissants de la nature », Seiji Fujimotochercheur principal du programme VENUS et astrophysicien à l’Université de Toronto, a déclaré dans un communiqué déclaration. « VENUS a été conçue pour détecter au maximum les événements les plus rares dans l’Univers lointain, et ces lentilles (supernovas) sont exactement le genre de phénomènes que seule cette approche peut révéler. »
SN Ares est la première supernova à lentille découverte via le programme VENUS. L’explosion s’est produite il y a près de 10 milliards d’années, alors que l’univers avait environ un tiers de son âge actuel. La déformation de l’espace-temps provoquée par un amas de galaxies au premier plan, MJ0308, a divisé la lumière de SN Ares en trois images.
Une image a déjà atteint nos télescopes. Mais la lumière des deux autres images passe beaucoup plus près du centre massif de MJ0308, elle subit donc un ralentissement beaucoup plus important en raison de dilatation gravitationnelle du temps. Par conséquent, les deux autres images de SN Ares arriveront dans environ 60 ans – un retard sans précédent.
« Un délai aussi long entre les images d’une supernova à forte lentille n’a jamais été observé auparavant et pourrait être l’occasion d’une expérience prédictive qui pourrait imposer des contraintes incroyablement précises sur l’évolution cosmologique », a déclaré Larison dans un communiqué. déclaration.
Entre-temps, une image retardée de SN Athena, qui a éclaté en supernova alors que l’univers avait environ la moitié de son âge actuel, devrait arriver dans les deux prochaines années. Même si elle ne sera pas aussi précise cosmologiquement que son demi-frère mythologique Ares, Athéna révélera à quel point nos pouvoirs prédictifs sont devenus précis.
Une expérience naturelle cruellement nécessaire
La réapparition prévue de ces supernovas, comparée à leurs heures d’arrivée réelles dans le futur, fournira des contraintes précises sur le taux d’expansion de l’univers, une valeur connue sous le nom de Constante de Hubble.
Curieusement, lorsque les cosmologistes mesurent la constante de Hubble, ils obtiennent différentes valeurs basé sur la méthode de mesure – une disparité connue sous le nom de Tension de Hubble. Les calculs basés sur le fond diffus cosmologique – la lumière la plus ancienne de l’univers, émise lorsque le cosmos n’avait que 380 000 ans – donnent un taux d’expansion universel de 67 kilomètres par seconde par mégaparsec.
Pourtant, les calculs basés sur les observations du télescope spatial Hubble de étoiles céphéides palpitantesutilisées comme « bougies standards » pour leurs modèles de luminosité spécifiques, donnent une valeur de 73 kilomètres par seconde par mégaparsec.
Dans la sphère observable du cosmos, les images retardées de SN Ares et SN Athena pourraient aider à réconcilier la tension de Hubble.
« Si nous pouvons mesurer la différence entre le moment où ces images arrivent, nous récupérons une mesure de l’échelle physique du système de lentilles qui s’étend sur l’Univers entre la supernova et nous ici sur Terre », a déclaré Larison à Live Science par e-mail. « Toute mesure de distance que nous pouvons effectuer ainsi dans l’Univers nous indique comment l’Univers a évolué au cours du temps cosmique, car ces distances dépendent directement de cette évolution. »
Tout aussi important, les supernovas à lentilles permettent aux astronomes d’effectuer cette mesure en une « étape unique et cohérente », a ajouté Larison.
Du Big Bang au grand mystère
Par coïncidence, 60 ans se sont écoulés depuis la première suggestion formelle d’utiliser les supernovas à lentilles comme outil pour explorer l’expansion de l’univers. Cependant, moins de 10 de ces supernovas avaient été découverts avant les observations du programme VENUS.
« Depuis le lancement de VENUS en juillet dernier, nous avons découvert 8 nouvelles supernovae à lentilles sur 43 observations, doublant presque l’échantillon connu dans un laps de temps remarquablement rapide », a déclaré Larison à Live Science. « Il semble que, bien que les supernovae à lentilles soient certainement rares, la véritable limitation réside dans les capacités d’observation. Ce n’est en réalité qu’avec JWST que nous atteignons la couverture de profondeur et de longueur d’onde nécessaire pour les trouver en masse, ce pour quoi VENUS a été conçu.
En conséquence, les supernovas à lentilles pourraient constituer l’une des perspectives les plus passionnantes de la cosmologie à longue distance, l’étude de la façon dont l’univers a changé au cours de ses 13,8 milliards d’années d’existence.
La réponse est en suspens ; il n’y a aucune garantie que l’expansion de l’univers continuera à s’accélérer, d’autant plus que l’énergie sombre peut s’affaiblir. Si tel est le cas, l’expansion actuelle du cosmos pourrait un jour se transformer en contraction, ce qui aurait de profondes conséquences sur le destin ultime de l’univers.
En fin de compte, SN Ares et SN Athena pourraient faire allusion au potentiel mort de l’univers et que cela se termine par un rugissement ou un gémissement, le cosmos s’effondrera-t-il dans un Big Crunch, ou s’étendra-t-il indéfiniment dans l’obscurité mince et froide d’un Big Freeze ?
