Échelle des distances cosmiques et constante de Hubble
Les astronomes mesurent les distances cosmiques en enchaînant des méthodes qui se chevauchent, de la parallaxe aux chandelles standard, afin de calibrer le taux d'expansion de l'univers, connu sous le nom de constante de Hubble.
Definition
L'échelle des distances cosmiques est la séquence de techniques mutuellement calibrées utilisées pour mesurer les distances astronomiques sur des échelles progressivement plus grandes, à partir desquelles, combinée aux décalages vers le rouge (redshifts), la constante de Hubble, le taux d'expansion actuel de l'univers, est dérivée.
Scope
Ce sujet couvre les échelons de l'échelle des distances, y compris la parallaxe trigonométrique, la relation période-luminosité des Céphéides et les supernovae de type Ia en tant que chandelles standard, l'inter-étalonnage entre les échelons, la détermination de la constante de Hubble à partir des distances et des décalages vers le rouge (redshifts) résultants, ainsi que les incertitudes systématiques qui affectent chaque étape.
Core questions
- Comment les distances sont-elles mesurées sur des échelles couvrant de nombreux ordres de grandeur ?
- Pourquoi les Céphéides et les supernovae de type Ia sont-elles utiles en tant que chandelles standard ?
- Comment la constante de Hubble est-elle extraite, et quelles sont ses incertitudes dominantes ?
Key concepts
- Parallaxe trigonométrique
- Variables Céphéides
- Relation période-luminosité
- Supernovae de type Ia
- Chandelle standard
- Constante de Hubble
- Module de distance
Key theories
- Relation période-luminosité
- Les étoiles variables Céphéides pulsent avec des périodes étroitement corrélées à leurs luminosités intrinsèques ; ainsi, la mesure de la période d'une Céphéide permet de déterminer sa luminosité réelle et donc sa distance, constituant un échelon clé de l'échelle.
- Chandelles standard
- Les supernovae de type Ia présentent des luminosités maximales presque uniformes après standardisation, ce qui permet d'en déduire leurs distances à partir de leur luminosité apparente et d'étendre l'échelle loin dans le flux de Hubble.
Mechanisms
La parallaxe fournit des distances géométriques aux étoiles proches ; celles-ci calibrent les Céphéides, qui calibrent les galaxies hôtes de supernovae, qui à leur tour calibrent les supernovae lointaines dans le flux de Hubble uniforme, où la division de la vitesse de récession par la distance donne la constante de Hubble.
Clinical relevance
La mesure précise des distances est le fondement de la cosmologie observationnelle : la constante de Hubble calibrée établit l'échelle absolue, l'âge et le bilan énergétique de l'univers, et la comparaison des valeurs locales et de celles de l'univers primordial est devenue une sonde centrale du modèle cosmologique standard.
History
La découverte par Leavitt de la relation période-luminosité des Céphéides vers 1912 a rendu mesurables les distances extragalactiques ; des décennies de raffinement avec le télescope spatial Hubble et les supernovae de type Ia ont permis de réduire l'incertitude sur la constante de Hubble à quelques pour cent, accentuant la tension avec la valeur déduite de l'univers primordial.
Debates
- La tension de Hubble
- Les déterminations de la constante de Hubble par l'échelle des distances dépassent la valeur déduite du fond diffus cosmologique de plusieurs écarts-types, ce qui suscite un débat quant à savoir si la cause est due à des systématiques non reconnues ou à une physique véritablement nouvelle.
Key figures
- Henrietta Swan Leavitt
- Edwin Hubble
- Allan Sandage
- Adam Riess
- Wendy Freedman
Related topics
Seminal works
- leavitt1912
- riess2022
Frequently asked questions
- Pourquoi est-ce appelé une échelle ?
- Chaque méthode fonctionne sur une portée limitée et est calibrée en utilisant la méthode qui la précède ; ainsi, les distances sont construites échelon par échelon : la parallaxe calibre les Céphéides, les Céphéides calibrent les supernovae, et les supernovae atteignent l'univers lointain, comme on monte une échelle.
- Pourquoi les mesures de la constante de Hubble sont-elles en désaccord ?
- L'échelle des distances locale donne une valeur plus élevée que l'analyse du fond diffus cosmologique en supposant le modèle standard ; la question de savoir si cela reflète des erreurs de mesure subtiles ou une lacune dans notre théorie cosmologique reste ouverte et activement étudiée.