Mesure inédite de H0 grâce à une supernova démultipliée réapparue avec un retard, et nouveau pavé dans la mare

Une nouvelle estimation de la constante de Hubble-Lemaitre H₀, le taux d'expansion actuel de l'Univers, vient d'être obtenue grâce à une méthode inédite, celle du délai temporel d'une supernova ayant subi une lentille gravitationnelle, qui s'est retrouvée démultipliée à des époques différentes. Et le résultat est précis à 4 km/s/Mpc... et il est plutôt proche de la valeur déduite du fond diffus cosmologique... Diantre! L'étude fait l'objet de deux articles, un dans Science et l'autre dans The Astrophysical Journal.

Une nouvelle méthode puissante de mesure de H0 confirme la forte tension cosmologique

Une mesure d'un nouveau type permettant de déterminer la constante de Hubble Lemaitre H₀ vient confirmer les mesures obtenues grâce aux Cépéides et aux supernovas Ia, renforçant la grosse tension qui existe en cosmologie. Une étude publiée dans The Astrophysical Journal.

Des champs magnétiques primordiaux pour sortir de la tension sur H0

Un duo de cosmologistes vient de proposer une idée très intéressante pour amoindrir considérablement la tension qui existe sur la valeur de la constante de Hubble-Lemaître H₀, et qui a pour effet secondaire de faire quasi disparaître d'autres petites tensions existantes sur deux autres paramètres du modèle cosmologique, et de fournir en plus une explication naturelle pour l'existence des champs magnétiques des galaxies et des amas de galaxies. Une étude publiée dans Physical Review Letters.

Nouvelle mesure de la constante de Hubble plus précise, et plus différente

La mesure de la constante de Hubble, H₀, le taux d’expansion actuel de l’Univers est aujourd’hui un des plus gros problèmes de la cosmologie : des mesures différentes trouvent des valeurs différentes, qui sont suffisamment précises les unes et les autres qu’elles ne sont pas conciliables entre elles : 67 km.s^-1.Mpc^-1 d’un côté, 74 km.s^-1.Mpc^-1 de l’autre. La méthode classique utilisant des supernovas de type Ia a été mise en cause face à la précision impressionnante des mesures issues du fond diffus cosmologique (CMB), mais aujourd’hui la précision obtenue avec les Céphéides et les supernovas rivalise avec celle sur le rayonnement du CMB, avec un nouveau record de précision qui éloigne encore un peu plus les deux valeurs...

Nouvelle détermination de la constante de Hubble en désaccord avec les données du CMB

Un nouveau calibrage de l'échelle des distances par l'utilisation de supernovas de type Ia vient d'être effectué et publié dans The Astrophysical Journal. Les chercheurs prennent en compte des effets ténus d'absorption de la lumière des supernovas par la poussière environnante pour obtenir une valeur de luminosité toujours plus précise, dans le but d'atteindre une valeur  pour la constante de Hubble la plus précise possible à partir des mesures de distance des supernovas Ia; résultat de ce nouveau calibrage : H₀= 73,2 ± 2,33 km.s⁻¹.Mpc⁻¹. 

Constante de Hubble : nouvelle mesure et renforcement du désaccord avec la valeur issue du CMB

Le prix Nobel Adam Riess et son équipe ont encore frappé. Les astrophysiciens américains viennent de publier leurs nouveaux résultats de mesure de l'expansion cosmique, avec l'utilisation d'une échelle des distances toujours plus précise, fondée sur de nouvelles Céphéides. Résultat : la constante de Hubble ne colle toujours pas avec celle déduite des données du fond diffus cosmologique par Planck et l'écart se creuse encore un peu.

Une nouvelle mesure indépendante de la constante de Hubble met à mal le modèle standard de la cosmologie

C'est un résultat exceptionnel ! Une très vaste étude vient de mesurer la constante de Hubble (H₀) par une toute nouvelle méthode, complètement indépendante des deux autres méthodes qui sont en désaccord entre elles : la méthode utilisant les céphéides et les supernovas et la méthode reposant sur la mesure du fond diffus cosmologique. Ce tout nouveau résultat donne une valeur de H₀ très précise, qui se trouve cohérente avec les mesures récentes par les céphéides/supernovas. Les mesures issues du CMB par Planck sont donc à nouveau en difficulté, et avec elles le modèle standard de la cosmologie.

Rien ne va plus avec la constante de Hubble

"Je pense qu'il y a quelque chose dans le modèle standard de la cosmologie que nous ne comprenons pas...". C'est avec ces mots que Adam Riess, co-découvreur de l'accélération de l'expansion de l'Univers et prix Nobel 2011, commente ses tout derniers résultats sur la mesure directe de la constante de Hubble avec la meilleure précision jamais atteinte, elle est clairement en désaccord avec la valeur déduite des données du satellite Planck sur le fond diffus cosmologique. Cet écart, déjà observé dans des mesures antérieures (2011 et 2014), et qui se creuse, pourrait impliquer de profonds bouleversements dans le modèle standard de la cosmologie, le modèle LCDM.

L'étude des minuscules fluctuations de température du rayonnement de fond diffus cosmologique grâce au satellite Planck permet aux astrophysiciens de mettre des valeurs numériques sur une série de paramètres dits paramètres cosmologiques. Parmi eux, le paramètre peut-être le plus fondamental est la constante de Hubble H₀, qui représente le taux d'expansion actuel de l'Univers (la vitesse d'expansion en fonction de la distance). Mais ce n'est pas le seul paramètre du modèle cosmologique ainsi construit et qui est appelé le modèle LCDM, on y trouve par exemple la densité de matière noire, la densité de matière ordinaire (baryonique) ou encore, bien sûr, la valeur de la densité d'énergie noire associée à une constante cosmologique Lambda (L), ou encore le nombre de familles de particules relativistes dans l'Univers primordial (appelé N_eff), comme le photon ou le neutrino. Dans le modèle, tous ces paramètres dépendent les uns des autres.

L'échelle complète des distances : l'accord simultané des couples de distances parallaxes/Céphéides (en bas à gauche), Céphéides/SN Ia (au centre) et SN Ia/redshift (en haut à droite) fournit la mesure de la constante de Hubble avec une grande précision. (A. Riess et al.).

Depuis les premiers résultats déduits du fond diffus cosmologique (avec le satellite WMAP au début des années 2000 puis Planck en 2013 puis 2015), un écart substantiel existe sur la valeur de la constante de Hubble H₀ qui est l'un des rares paramètres cosmologiques assez facilement mesurables par l'observation astronomique directe. Mais l'incertitude assez grande obtenue par la mesure observationnelle permettait de considérer cet écart comme étant dû à une erreur systématique de l'une ou l'autre des mesures, voire des deux. Or les nouvelles mesures de distance produites aujourd'hui par l'équipe de Adam Riess réduisent fortement l'incertitude sur H₀, à 2,4%, et l'écart entre la valeur mesurée (73,02 +-1,79  km/s/Mpc) et la valeur obtenue indirectement avec Planck via le modèle standard (67,27 +-0,66 km/s/Mpc) montre une réelle tension avec une différence qui est statistiquement significative à 99,8%. Quelque chose ne colle donc pas.

Pour obtenir H₀, il faut mesurer des distances et des décalages spectraux vers le rouge (qui donnent vitesse d'éloignement). L'équipe de Riess a réévalué ce qu'on appelle les calibrations de l'échelle des distances. La constante de Hubble est mesurée par la mesure de la distance de supernovas et de leur décalage vers le rouge (celui de la galaxie où se situe la supernova). Les supernovas Ia ayant quasiment toujours la même luminosité, la lumière que l'on en voit ne dépend que de leur distance.

Pour être sûr de la distance des supernovas et donc du ratio distance/luminosité, les astrophysiciens doivent "calibrer" la mesure à l'aide d'autres "chandelles" montrant elles aussi une luminosité toujours identique. Il s'agit d'étoiles variables appelées des Céphéides, dont la période de pulsation est directement liée à leur luminosité intrinsèque (plus une Céphéide est lumineuse, plus sa période de pulsation est longue). Il suffit de trouver des supernovas situées dans des galaxies qui possèdent également des Céphéides.

De la même manière que précédemment, la distance exacte des Céphéides les plus proches de nous peut être mesurée par un autre moyen, qui est le moyen astrométrique connu depuis l'Antiquité : la mesure de parallaxes. Cette mesure n'est possible que pour les régions les moins éloignées de nous, notamment dans notre galaxie, ainsi que dans notre galaxie voisine la galaxie d'Andromède, qui a le bon goût de posséder elle aussi des Céphéides.

Illustration des trois niveaux de mesures de distances à grandes distances (Céphéides, SN Ia et redshift)
(NASA/ESA,  A. Feild (STScI))

Les mesures de distances cosmiques sont ainsi découpées en quatre grandes méthodes (parallaxes, Céphéides, Supernovas Ia, décalages vers le rouge) et trois calibrations de distances (parallaxe/Céphéides, Céphéides/Supernovas puis enfin Supernovas/décalage vers le rouge).

Riess et ses collaborateurs ont étudié les deux types de chandelles standards que sont les Céphéides et les supernovas Ia, dans 18 galaxies différentes comportant ces deux types d'objets, en utilisant des centaines d'heures du télescope spatial Hubble. Ils soumettent aujourd'hui leurs résultats dans un monumental article de plus de 60 pages à la revue the Astrophysical Journal. Ils y montrent comment ils parviennent à réduire l'incertitude inhérente à ces types de mesures de distance. Alors que la valeur de H₀ mesurée de la sorte auparavant était affublée d'une incertitude de 3,3%, Riess et son équipe parviennent à la réduire à 2,4%, et estiment la nouvelle valeur de H₀ à 73,02 km/s/Mpc, qui est donc 8% plus élevée que la valeur déduite des données du satellite Planck.

Mais il se trouve que les chercheurs exploitant le satellite Planck sont eux aussi très confiants sur leurs mesures du fond diffus cosmologique, très précises, mais qui conduisent à déduire une constante H₀ de 67,27 km/s/Mpc. Comme cette dernière est déduite en prenant en compte les différents paramètres du modèle standard cosmologique, tout porte à croire, comme le dit Adam Riess, qu'un élément du modèle est erroné, ou qu'il est incomplet.

Adam Riess

On pense bien sûr tout de suite au secteur sombre (matière noire ou énergie noire) qui est encore si mal compris. Une possibilité qui pourrait réconcilier les deux approches serait de considérer que les particules de matière noire aient des propriétés différentes de ce que l'on pense et qui pourraient affecter l'évolution de l'Univers primordial. Une autre piste pourrait être que l'énergie noire n'ait pas été constante au cours de l'histoire cosmique comme on le pense mais qu'elle aurait vu son intensité augmenter. 

Riess et ses collaborateurs montrent enfin une autre piste très intéressante : une explication plausible serait l'existence d'une source additionnelle de rayonnement sombre dans l'Univers primordial. Cela impliquerait dans le modèle LCDM une augmentation du paramètre N_eff  comprise entre 0,4 et 1 (N_eff vaut aujourd'hui  3,046 dans le modèle).

Une telle augmentation du nombre d'espèces relativistes dans l'Univers primordial augmente la densité de rayonnement et donc le taux d'expansion durant la période cosmique qui est dominée par le rayonnement et elle repousse alors, dans l'échelle cosmique, le moment où rayonnement et matière se trouvent à égalité vers une époque plus proche de nous. Avec un N_eff = 4, d'après les chercheurs, la taille de l'horizon se retrouve réduite de quelques pourcents et H₀ est alors augmentée de 7 km/s/Mpc pour un Univers plat (ce qui l'amènerait à environ 74 km/s/Mpc), ce qui est largement suffisant pour réconcilier les mesures de Riess et celles du satellite Planck aux deux extrémités de l'échelle cosmique.

Adam Riess et son équipe ont d'ores et déjà hâte de pouvoir repartir à la chasse à l'amélioration des mesures de distance et de H₀ grâce aux futures données de distances qui seront accessibles dans les années qui viennent par les innombrables mesures de parallaxes du télescope Gaïa et l’observation de nouvelles Céphéides dans la Voie Lactée permettant leur calibration de distance avec toujours plus de précision. Ils espèrent ainsi pouvoir réduire d'ici peu l'incertitude globale sur H₀ à 1,8%, avec pour objectif ultime d'atteindre 1%...

Quant aux théoriciens, il est fort à parier qu'ils sont déjà en train de noircir leurs tableaux blancs ou blanchir leurs tableaux noirs. Comme le dit Kevork Abazajian, cosmologiste à l'Université de Californie, non impliqué dans cette étude : "Ces résultats ont le potentiel de bouleverser de fond en comble la cosmologie!”.

Sources :

A 2.4% Determination of the Local Value of the Hubble Constant

Adam G. Riess et al.

Soumis à The Astrophysical Journal

http://arxiv.org/pdf/1604.01424v1.pdf

Measurement of Universe's expansion rate creates cosmological puzzle

Discrepancy between observations could point to new physics.

Davide Castelvecchi

Nature  (11 April 2016)
http://dx.doi.org/10.1038/nature.2016.19715

GN-z11, la galaxie la plus lointaine de l'Univers : 13,4 milliards d'années-lumière

Hubble vient de pulvériser le record de distance de la galaxie la plus lointaine observée : elle s'appelle GN-z11 et a un redshift z=11,1 soit à 13,4 milliards d'années-lumière, alors que le précédent record se situait à z=8,68, soit 13,2 milliards d'années-lumière.

GN-z11 (ESA/NASA/P. Oesch et al., Yale University)

Cette toute petite galaxie extrêmement jeune et étonnamment lumineuse en son genre, se trouve seulement 400 millions d'années après le Big Bang. C'est en poussant le télescope spatial Hubble à ses limites que l'équipe menée par Pascal Oesch (Université de Yale) ont trouvé ce joyau là où l'univers n'avait que 3% de son âge actuel. Il s'agit d'une véritable prouesse réussie avec ce vieux Hubble, que les astronomes pensaient impossible avant la mise en orbite de son successeur, le Webb Telescope.

GN-z11 avait déjà été observée par le passé et sa distance évaluée une première fois en déterminant sa couleur grâce à Hubble et au télescope Spitzer. Cette fois-ci, les astrophysiciens ont utilisé l'instrument WFC3 (Wide Field Camera 3) de Hubble pour mesurer la distance de GN-z11 par spectroscopie en mesurant directement son redshift (décalage spectral vers le rouge produit par l'expansion cosmique). La précédente détentrice du record de distance déterminée par spectroscopie était une galaxie qui avait un redshift z de 8,68, mais GN-z11, elle, a un redshift de 11,1, se situant donc 200 millions d'années plus tôt dans l'histoire cosmique que le précédent record, à 13,4 milliards d'années-lumière de distance.

Les astrophysiciens pensent déjà qu'ils ne parviendront pas à faire mieux avec Hubble avant l'arrivée du télescope Webb, comme le dit Pieter van Dokkum de l'université de Yale : "C'est une réussite extraordinaire pour le télescope Hubble. Il est parvenu à pulvériser tous les records antérieurs tenus depuis des années par des télescopes terrestres beaucoup plus grands. Ce nouveau record tiendra très certainement jusqu'au lancement du JWST".

GN-z11 est environ 25 fois plus petite que votre Voie Lactée, et ne possède que 1% en masse des étoiles de notre galaxie. C'est un embryon de galaxie mais qui semble grossir très vite, car elle forme des étoiles à un taux 20 fois supérieur au taux actuel de notre galaxie. C'est cette intense formation d'étoiles qui rend GN-z11 suffisamment brillante pour être vue et analysée par Hubble et Spitzer.

Les chercheurs sont étonnés de voir une galaxie ayant déjà une masse de 1 milliard de masses solaires si peu de temps après la singularité initiale du Big Bang (400 millions d'années après).

Cette observation laisse présager de très belles découvertes par le télescope Webb dès 2018, mais aussi par le télescope WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) de la NASA, qui, a eux deux, devraient explorer en détails cette zone de l'Univers peuplée des toutes premières galaxies. Ils pourraient en trouver des milliers parmi les plus distantes.

Sources :

Communiqué de la NASA :

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/hubble-team-breaks-cosmic-distance-record

Communiqué de Yale University

http://news.yale.edu/2016/03/03/shattering-cosmic-distance-record-once-again

Article de P. Oesch et al. accepté pour publication dans The Astrophysical Journal

L'anneau d'étoiles naissantes de la galaxie M94

Cette image produite par le télescope spatial Hubble dans différentes longueurs d'ondes (visible et UV) montre la galaxie spirale Messier 94 (M94) qui est située dans la constellation des Chiens de Chasse, à une distance de 16 millions d'années-lumière. 

On peut voir nettement une sorte d'anneau brillant dans lequel sont présentes un très grand nombre d'étoiles très jeunes et où se forment de toutes nouvelles étoiles à un taux très soutenu. Cette structure est appelée par les astronomes un anneau de bouffées d'étoiles (starburst ring). 

Cette forme si particulière serait le produit d'une onde de pression venant du centre de la galaxie et se propageant vers l'extérieur. Cette onde de pression provoque une compression du gaz et des poussières dans les régions externes, et cette compression induit l'effondrement du gaz en nuages denses, qui sont propices à l'apparition de zones de gaz et poussières encore plus denses et chaudes qui sont ce qu'on appelle alors des étoiles...

M 94 (ESA Hubble/NASA)

Le télescope spatial Hubble fête ses 25 ans en orbite.

Le télescope le plus connu du monde, le télescope spatial Hubble, fête aujourd'hui ses 25 ans en orbite. Pour célébrer cet anniversaire, je vous propose de replonger dans les origines de cet outil extraordinaire. 

Vidéo de la NASA, sous-titrée par mes soins... 

La Galaxie d'Andromède dévoilée par Hubble

C’est déjà probablement l’une des images astronomiques de l’année 2015. Elle montre une portion de la galaxie d’Andromède avec des détails inouïs. Cette image a été dévoilée à la conférence de l’American Astronomical Society qui a lieu en ce moment à Seattle. Cette image a été produite grâce au télescope spatial Hubble et à l’assemblage de plus de 7000 images.

Portion de la Galaxie d'Andromède imagée par Hubble (PHAT/Hubble/NASA).Cliquez sur l'image pur découvrir l'image zoomable, presque à l'infini...

C’est un projet appelé PHAT (Panchromatic Hubble Andromeda Treasury) qui a pour objectif de produire la cartographie la plus détaillée de notre plus proche voisine de la famille des grosses galaxies. PHAT exploite les trois imageurs du télescope spatial Hubble, dans l’infra-rouge, le visible et l’ultra-violet, puis assemble une mosaïque de milliers de clichés, 7398 très exactement, qui ont été enregistrés entre juillet 2010 et octobre 2013. Le résultat a été dévoilé le 5 janvier au meeting AAS225. 

L’image couvre seulement un quart de la galaxie d’Andromède, mais avec 100000 pixels de large !... C’est dire si on peut distinguer des étoiles individuelles dans cette galaxie pourtant distante de 2,5 millions d’années-lumière. Et ce que parviennent à déduire les astrophysiciens à partir de ces détails observés pour la première fois par des yeux humains, c’est que la galaxie d’Andromède semble avoir subi une collision avec une autre galaxie il y a de ça environ 2 milliards d’années. Etudier la galaxie d’Andromède est très utile car comme elle est très similaire à notre propre galaxie, cela revient un peu à observer notre galaxie vue de l’extérieur.

Le projet PHAT a ainsi pu recenser 117 millions d’étoiles individuelles dans la galaxie d’Andromède, couvrant une région de 61000 années-lumière de large. Et cette cartographie, grâce à l’utilisation d’images en infra-rouge révélant l’émission de poussières, traceur du gaz nourricier des étoiles, offre de nouvelles informations sur les processus de formation d’étoiles. Et à l’aide de la couleur des étoiles, on parvient à déterminer leur âge, ce qui permet de reconstruire avec une grande résolution spatiale l’histoire de la galaxie sur les derniers 500 millions d’années. Les astrophysiciens arrivent ainsi à voir comment évoluent les zones de formation d’étoiles dans les bras spiraux d’Andromède en fonction du temps. La vidéo ci-dessous montre cette évolution de la formation d'étoiles, reconstruite à partir de ces observations.

En traitant les données de cette façon, la plus forte surprise de l’équipe américaine a été de constater qu’une structure « bien connue » de la galaxie d’Andromède, l’anneau de 10000 pc, un anneau de formation d’étoiles de la galaxie qu’on pensait être transitoire, existe en fait depuis 500 millions d’années... Et comme il faut nécessairement un apport de gaz frais pour fabriquer de nouvelles étoiles, la région a dû recevoir une grande quantité de gaz ou bien il existe un processus encore mystérieux que les astrophysiciens ne comprennent pas.

Ce qu’on vu également les chercheurs en analysant la répartition des étoiles en fonction de leur âge, c’est qu’il existe une grande vague d’étoiles naissantes qui parcourt toute la galaxie de part en part.  Ces indices tendent à conclure à l’existence d’un événement majeur qui aurait touché toute la galaxie il y a plusieurs milliards d’années, comme une collision. 

L’histoire passée d’une galaxie ne peut se résoudre qu’en résolvant cette dernière en ses plus petits constituants que sont les étoiles. La galaxie d’Andromède est sans doute le meilleur laboratoire et est encore loin d’avoir tout dit.

Source : 
Galaxy seen shuddering from ancient collision
Ron Cowen
Nature, 05 January 2015

L'Univers Ultra-Lointain selon Hubble.

Dans l'image finale de cette animation, le Ultra-Violet Ultra Deep Field produit par le télescope Spatial Hubble vous montre plus de 10000 galaxies dans le même champ... L'image la plus lointaine faisable aujourd'hui...

Découverte de Dizaines de Milliers d'Amas Globulaires au Coeur de Abell 1689

L'amas de galaxies Abell 1689 était déjà connu pour sa masse très imposante qui produit l'une des plus belles images illustrant le phénomène de lentille gravitationnelle, où des galaxies très éloignées situées en arrière plan apparaissent de part et d'autre de l'amas, leur lumière formant des arcs de cercle, déformée par le puits gravitationnel de Abell 1689.

Cet amas de galaxies vaut vraiment le détour, et c'est une équipe mexicaine menée par l'astrophysicienne Karla Alamo-Martinez qui s'est penchée sur le cœur de l'amas, en utilisant l'un des meilleurs outils à disposition, le télescope spatial Hubble.

Ce qu'ils ont découvert est surprenant : plus de 10000 amas globulaires en lumière visible (Hubble les a traqués jusqu'à la magnitude 29, ce qui équivalent à une luminosité 1 milliard de fois plus faible que la plus faible étoile que vous pouvez voir à l’œil nu par un ciel très noir...

Abell 1689 observé par Hubble. Détail à droite, où les amas globulaires sont visibles (NASA/ESA)

Rappelons-le les amas globulaires sont des rassemblements de plusieurs centaines de milliers d'étoiles, parmi les plus vieilles, la plupart formées dans un Univers vieux de 2 à 3 milliards d'années. Ces rassemblements d'étoiles forment des sortes de grosses boules où les étoiles sont si proches qu'elles subissent le plus souvent des interactions gravitationnelles entre elles.

M22, l'un des plus beaux amas globulaires visibles par les amateurs 

Et à partir de ces 10000 amas globulaires observés dans une petite zone de l'amas Abell 1689, les astrophysiciens mexicains et leurs collègues peuvent extrapoler la quantité de tels amas globulaires qui peuplent Abell 1689 dans sa totalité. Ils arrivent au chiffre de 160000 amas globulaires, dans un diamètre de 2,4 millions d'années-lumières ! 

Pour donner une comparaison, il faut savoir que notre galaxie, notre petite galaxie, abrite environ 150 amas globulaires...

Ceux de l'amas de galaxies Abell 1689, sont situés à 2,25 milliards d'années-lumière de nous, ce sont donc également les amas globulaires les plus lointains que l'on connaisse...

Ce que les astronomes ont également réussi à observer grâce aux instruments de Hubble, c'est que la grande majorité de ces amas globulaires étaient formés au centre de l'amas de galaxie, là où la densité de matière noire est maximale, avec une sorte de corrélation entre le nombre d'amas globulaires et leur distance au centre de l'amas de galaxies, et la densité de matière noire...

Source :

The Rich Globular Cluster System of Abell 1689 and the Radial Dependence of the Globular Cluster Formation Efficiency

Karla. A. Alamo-Martínez et al.

ApJ 775 20 2013, à paraître.

Hubble Tire le Portrait de la Comète ISON

Cette superbe image de la comète C/2012 S1 (ISON) a été prise le 10 avril dernier par le télescope spatial Hubble. Elle était alors aux environs de Jupiter, à une distance de 638 millions de km du Soleil et un peu plus de nous.

Déjà à cette grande distance, on constate que ISON est déjà active, le rayonnement du Soleil réchauffant sa surface en causant la sublimation de ces éléments volatils.

Une analyse fine du halo poussiéreux entourant le noyau solide glacé révèle l'existence d'un puissant jet de particules expulsé du côté du noyau faisant face au Soleil.

ISON (NASA, ESA, J.-Y. Li (Planetary Science Institute), and the Hubble Comet ISON Imaging Science Team)

Les mesures préliminaires issues des images de Hubble indiquent que le noyau de ISON ne fait pas plus de 6 km, ce qui est remarquablement petit au vu de la forte activité observée, d'après les astronomes qui ont déduit ses dimensions. Ils essayent d'estimer à partir de ces données quelle sera l'activité de la comète lorsqu'elle frôlera le Soleil à moins de 1,2 millions de km de sa surface, là où elle sera le plus spectaculaire, le 28 novembre prochain...

La chevelure poussiéreuse de ISON fait actuellement environ 5100 km de large, et sa queue s'étend sur plus de 90000 km, bien au delà du champ de vue de Hubble.

Comme ISON a le potentiel d'être la comète du siècle, la plus brillante depuis celle qui illumina le ciel de la Renaissance, les scientifiques de la NASA ont décidé d'organiser une campagne d'observation sans précédent, en regroupant un très grand nombre d'instruments spatiaux mais aussi des installations sur Terre. Le télescope spatial Hubble n'est qu'un élément parmi les outils les plus performants actuels regroupés dans la CIOC (Comet ISON Observing Campaign), qui s'est formée autour d'un petit comité des plus grands experts des comètes.

Le but de cette organisation est de faciliter, soutenir et encourager la communauté astronomique à mettre en commun leurs moyens dans le but de profiter au maximum de cette comète potentiellement extraordinaire.

Outre le télescope spatial, qui a donc déjà commencé sa part, les autres satellites ou sondes impliqués dans cette campagne d'observations et qui seront donc "détournés" pour la bonne cause sont les suivants :

• SOHO (étude du soleil)
• STEREO (étude du soleil)
• SDO (étude du soleil)
• Télescope spatial Spitzer (astronomie Infra rouge)
• Chandra (astronomie X)
• Télescope spatial Swift (astronomie UV/visible)
• Deep Impact (étude de comètes)
• Juno (étude de Jupiter, en route)
• Messenger (étude de Mercure)
• Mars Odyssey (étude de Mars)
• Mars Reconnaissance Orbiter (étude de Mars)
• Curiosity (étude de  Mars)

On peut constater que les sondes martiennes sont mises à contribution. En effet, avant d'arriver par chez nous en décembre, ISON passera non loin de Mars le 1er octobre, certes quand même à 10,8 millions de kilomètres, mais suffisamment près pour que Curiosity puisse l'apercevoir et prendre un cliché historique...

Ensuite, la comète ne mettra que 58 jours pour atteindre son périhélie, son point le plus proche du Soleil, qu'elle atteindra le 28 novembre.

Sa distance la plus proche de la Terre quant à elle se produira le 26 décembre (à 64,2 millions de km), si ISON existe toujours et ne s'est pas entièrement sublimée ... Nous pourrons alors l'admirer au coucher du soleil.

La Comète au dessus de Rotterdam (Lieve Verchuier, 1680)

Il faut dire que de telles comètes rasantes sont rares, ISON, qui a été découverte l'année dernière, est de celles-là, et étant la première fois qu'elle vient nous rendre visite dans l'intérieur du système solaire, on ne peut pas prédire ce qui se passera fin novembre. Certaines comètes ne survivent pas à leur approche du Soleil.

Si elle reste entière, il est estimé qu'environ 10% du noyau cométaire peut s'éroder. Toute l'énergie atteignant la comète provoque la sublimation de sa glace, un processus d'évaporation qui refroidit la surface et l'empêche d'atteindre des températures extrêmes malgré sa proximité au Soleil.

C'est cette furieuse sublimation de matière mélange de glace et de poussière à proximité du Soleil qui devrait produire une chevelure et une queue extraordinaires visibles à l’œil nu en plein jour (d'après les plus optimistes), mais la science des comètes est aussi incertaine que la météo...

Que ISON se révèle être réellement la comète du siècle ou seulement un flop astronomique, les scientifiques ont choisi d'en apprendre le plus possible sur cette visiteuse inhabituelle, quoiqu'il arrive. 

Chiffres Astronomiques, Image Fabuleuse

Quand le télescope Hubble fait une image avec une pose de 2 millions de secondes, ça donne ça, sur une surface du ciel pas plus grande qu'un dixième de la pleine Lune (située dans la constellation du Fourneau, dans l'hémisphère sud) : plus de 5500 galaxies sur une seule image, dont la plus lointaine avoisine les 13,2 milliards d'années-lumière (elle aussi). 
Une galaxie possédant environ 100 milliards d'étoiles, cela veut dire que dans cette image, vous avez environ 500 000 milliards d'étoiles...

Ah, j'oubliais, la galaxie la plus faible sur cette image a une intensité lumineuse dix milliards de fois plus faible que ce que l’œil humain peut voir...

Cette image est tout simplement l'image de l'Univers la plus profonde qui a jamais été faite. Chaque point est une galaxie! (à noter la présence d'une étoile "parasite", située dans notre galaxie à nous, qui se trouve malheureusement dans le champ).

Hubble eXtreme Deep Field (NASA)

La Plus Vieille Galaxie Spirale du Monde!

Une équipe dirigée par David Law, un astronome du Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics de Toronto, vient de découvrir grâce aux télescopes Hubble et Keck II une galaxie spirale qui s'est formée un milliard d'années avant les plus vieilles galaxies spirales connues !

Image composite Hubble/Keck; Credit: David Law; DIAA.

Cette galaxie, nommée BX442, se situe à 10,5 milliards d'années lumières de nous, un moment où l'Univers n'avait que 3 milliards d'années.

Dans cette zone spatio-temporelle, les galaxies spirales sont tout simplement inexistantes, les seules galaxies pouvant y être trouvées sont des galaxies très irrégulières, n'ayant pas encore eu le temps de former de beaux bras spiraux comme ceux que nous aimons tant deviner en vision décalée dans nos Dobsons quand ils ne prennent pas la poussière...

C'est tout d'abord avec le télescope spatial Hubble que Law et ses collègues américains ont trouvé cette spirale, mais n'y croyant pas ou que très peu, ces derniers ont cherché à savoir si cette galaxie avait bien un mouvement de rotation.

Ils l'ont donc observé en spectrométrie avec le télescope Keck II situé à Hawaï. Et ils ont alors pu montrer qu’effectivement, elle tournait bien comme une spirale, à la vitesse de 230 km/s...
Alors, maintenant qu'on est sûr qu'il s'agit bien d'une galaxie spirale ultra lointaine, il faut essayer de comprendre comment une telle galaxie a pu se former. 

Une des possibilités avancées par les astrophysiciens est la présence d'une galaxie naine au voisinage immédiat de BX442. Un peu à l'image de la célébrissime M51 qui subit les forces de marées d'une petite galaxie compagnon, la galaxie naine qui semble accompagner la galaxie principale (en haut à gauche sur l'image) peut apporter une interaction gravitationnelle non négligeable est mener à la formation de bras spiraux...

Nul doute que BX442 va être étudiée de plus près pour faire avancer les modèles de formation galactique.

source : 

D. Law et al.
High velocity dispersion in a rare grand-design spiral galaxy at redshift z = 2.18
Nature 487, 338–340 (19 July 2012)

Lemaître / Hubble : Fin de controverse.

Un débat passionné a éclaté il y a quelques mois au sujet de savoir qui est à l'origine de l'une des découvertes les plus profondes de notre époque : l'expansion de l'Univers.

C'est le célèbre (depuis) astronome américain Edwin Hubble, qui traquait l'expansion grâce à l'étude des vitesses et des distances de plusieurs dizaines de galaxies lointaines dans les années 1920, qui est généralement cité.

Mais il n'y a aucun doute que c'est en fait à Georges Lemaître, cosmologiste belge, que l'on doit d'avoir proposé la démonstration expérimentale de l'expansion de l'Univers en 1927, deux ans avant Hubble.

La "découverte" de Hubble en 1929 a quant à elle confirmé et bien étendu les résultats de Lemaître. Or il est apparu une controverse liée à l'article de Lemaître publié en 1931 qui était la traduction en anglais de son article de 1927 (publié en français dans une revue assez confidentielle).

Cette controverse vient du fait que dans cet article de 1931, les conclusions révolutionnaires de Lemaître n'apparaissent plus, ce qui rend a posteriori tous les honneurs à Hubble pour la découverte qui, lui, a vu son article de 1929 largement diffusé dans le monde... Des accusations de censure ont même été entendues...

Très intrigué par cette histoire, un astronome fasciné par l'histoire récente de l'astrophysique, Mario Livio du Space Telescope Science Institute de Baltimore, s'est mis en tête de retrouver exctement pourquoi des passages-clé de l'article de 1927 de Lemaître ont ainsi été supprimés en 1931 dans sa traduction. Et il a trouvé !, grâce à la trouvaille d'une lettre inédite de Georges Lemaître.

Mais revenons un instant sur l'histoire de cette découverte...

Georges Lemaître

En 1922, Alexandre Friedman à Leningrad avait publié la théorie de l'expansion de l'univers dans l'une des revues de physique les plus prestigieuses de l'époque, le Zeitschrift für Physik, que Einstein réprouva dans un premier temps en déclarant faux les calculs effectués par Friedman, puis finit par en reconnaitre l'exactitude.
Il manquait bien évidemment une preuve expérimentale.


La même année (1922) l'astronome américain Vesto Slipher avait commencé à mesurer le redshift (décalages des fréquences vers le rouge, indiquant les mouvements relatifs) pour 41 galaxies dans le ciel de l'hémisphère Nord. 

Les listant dans son livre de 1923 The Mathematical Theory of Relativity, le physicien britannique Arthur Eddington écrivit : «La grande prépondérance de vitesses de recul positives est très frappante." Mais il ajouta que le manque d'observations du côté de l'hémisphère Sud ne permettait pas de tirer davantage de conclusions.

En 1927, Georges Lemaître, prêtre et scientifique à l'Université catholique de Louvain en Belgique, après avoir passé deux ans à Cambridge (Royaume-Uni) auprès de Eddington et un an à Cambridge (MIT, Massachussetts) publie, en français, un article remarquable dans la revue assez confidentielle Les Annales de la Société Scientifique de Bruxelles intitulé "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques" - oui, à cette époque les galaxies n'étaient que de vulgaires nébuleuses...-

Dans ce papier, Lemaître rapporte sa découverte de solutions dynamiques aux équations d'Einstein de la relativité générale,desquelles il dérive ce que l'on appelle aujourd'hui la loi de Hubble : la vitesse des galaxies est proportionnelle à leur distance par rapport à nous.

Mais Lemaître alla au-delà des seuls calculs théoriques dans son article. Il détermina le taux d'expansion de l'Univers en utilisant les vitesses des galaxies mesurées par Slipher, et leurs distances déterminées à partir de la luminosité, mesures publiées par Hubble (tiens, tiens...) un an plus tôt en 1926.  

Pour la valeur de ce taux d'expansion, appelé aujourd'hui la constante de Hubble, Lemaître obtint une valeur de 625 km/s par mégaparsec.  
Lemaître disait aussi que la précision des estimations de distance disponibles était insuffisante pour évaluer la validité de la relation linéaire qu'il avait découverte. (là c'est sûr, il avait pas tort, puisque la constante de Hubble vaut en fait aujourd'hui environ 73 km/s/Mpc)
 
En 1929, deux ans après l'article de Lemaître sort l'article de Edwin Hubble intitulé «A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae». Dans cet article, Hubble et son assistant, Milton Humason, ont utilisé des mesures de distance améliorées (en partie basées sur de meilleurs indicateurs de distance stellaire comme des variables céphéides et des novae) et des vitesses prises principalement des données de Slipher. Ils établissent la loi de Hubble, avec une valeur pour la constante de 500 km/s par mégaparsec.

En lisant cette histoire, il semblerait logique de mettre la découverte expérimentale de l'expansion de l'Univers et l'existence du principe d'une loi linéaire distance-vitesse au crédit de Lemaître, et puis la confirmation détaillée de cette loi à Hubble et Humason, étant donné leurs observations plus précises, qui ont étendue les mesures de vitesse de Slipher à de plus grandes distances. Mais c'est là que ça ce corse...
La traduction anglaise de l'article de Lemaître de 1927 a été publié dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en mars 1931. Cependant, durant le processus d'édition, quelques paragraphes de la version originale française ont été purement et simplement supprimés, et notamment celui très important dans lequel Lemaître décrit la loi de Hubble et déduit le taux d'expansion.
 
Il manque également le paragraphe dans lequel Lemaître discute des erreurs dans les estimations de distance, ainsi que des notes de bas de page cruciales, dans l'une desquelles Lemaître a interprété la proportionnalité entre la vitesse et la distance comme résultant d'une expansion cosmique, rien de moins ! 
La disparition de ces passages lors de la traduction a été connue par certains mais pas tant que ça.

Edwin Hubble

Jim Peebles cosmologiste à l'Université Princeton , a écrit dans un ouvrage sur Lemaître en 1984 : «Il est curieux que les paragraphes cruciaux décrivant comment Lemaître a estimé H, la constante de Hubble, et évalué les preuves de linéarité vitesse-distance ont été tronquées dans la traduction anglaise de 1931."
Qui a traduit l'article de Lemaître et pourquoi ont été supprimés ces paragraphes?

Sidney van den Bergh, astronome canadien, a spéculé il y a quelques mois que celui qui a fait la traduction sélective peut l'avoir fait pour conserver à Hubble la priorité de la découverte.
David Block, un mathématicien à l'Université de Witwatersrand à Johannesburg, Afrique du Sud, a suggéré en outre que Hubble aurait pu lui-même mettre la main dans cette censure cosmique, pour s'assurer que le crédit irait à lui-même et à l'Observatoire du Mont Wilson, où il faisait ses observations.

L'historien des sciences Robert Smith de l'Université de Alberta au Canada, qui croit que le crédit de la découverte de l'expansion devrait aller à Lemaître, a suggéré que les paragraphes peuvent avoir été coupés dans le cadre de pratique éditoriale standard par l'éditeur de la Monthly Notices.
 

C'est dans ce contexte commençant à devenir houleux que Mario Livio se mit en quête de la vérité sur ce qui se passa il y a 80 ans... Il réussit à obtenir auprès des Archives Georges Lemaître à Louvain la lettre envoyée par l'éditeur des Monthly Notices, l'astronome William Smart, à Georges Lemaître, au sujet de la traduction et de la publication de l'article.

Smart y demande à Lemaître s'il permettrait que son article de 1927 soit reproduit dans le Monthly Notices, parce que le conseil de la Royal Astronomical Society estimait que le papier n'était pas aussi bien connu que ce qu'il devrait.

Dans sa lettre, Smart nulle part n'évoque la volonté d'exclure un passage ou une note et n'évoque à aucun moment les résultats de Hubble.

Pour aller plus loin, Livio partit donc enquêter du côté des archives de la Royal Astronomical Society et a fini par retrouver la réponse que Lemaître adressa à Smart le 9 mars 1931, et cette dernière résoud entièrement l'énigme : 

Dear Dr. Smart
I highly appreciate the honour for me and for our society to have my 1927 paper reprinted by the Royal Astronomical Society. I send you a translation of the paper. I did not find advisable to reprint the provisional discussion of radial velocities which is clearly of no actual interest, and also the geometrical note, which could be replaced by a small bibliography of ancient and new papers on the subject. I join a french text with indication of the passages omitted in the translation. I made this translation as exact as I can, but I would be very glad if some of yours would be kind enough to read it and correct my english which I am afraid is rather rough. No formula is changed, and even the final suggestion which is not confirmed by recent work of mine has not be modified. I did not write again the table which may be printed from the french text.
As regards to addition on the subject, I just obtained the equations of the expanding universe by a new method which makes clear the influence of the condensations and the possible causes of the expansion. I would be very glad to have them presented to your society as a separate paper.
I would like very much to become a fellow of your society and would appreciate to be presented by Prof. Eddington and you.
If Prof. Eddington has yet a reprint of his May paper in M.N. I would be very glad to receive it.
Will you be kind enough to present my best regards to professor Eddington.

Lettre que l'on peut ainsi traduire :

"Cher Dr Smart,
J'apprécie beaucoup l'honneur que vous me faites ainsi qu'à notre société scientifique pour vouloir republier mon article de 1927 pour la Royal Astronomical Society. Je vous envoie une traduction de mon article. Je n'ai pas trouvé opportun de réécrire la discussion provisoire (prédictive?) sur les vitesses radiales qui est clairement sans intérêt, ainsi que la note sur la géométrie, qui pourrait être remplacée par une petite bibliographie d'articles anciens et nouveaux sur le sujet.

Je joins un texte en français indiquant les passages omis dans la traduction. J'ai essayé de faire une traduction aussi exacte que possible, mais je serais très heureux si vous seriez assez aimable de corriger mon anglais que je crains être plutôt rustique.

Aucune formule n'est changé, et même la suggestion finale qui n'est pas confirmée par mes travaux récents n'a pas été modifiée. Je n'ai pas réécrit à nouveau le tableau qui peut être imprimé tel quel à partir du texte français.

En ce qui concerne d'ailleurs le sujet, j'ai obtenu les équations de l'univers en expansion par une nouvelle méthode qui montre clairement l'influence des condensations et les causes possibles de l'expansion. Je serais très heureux de les présenter à votre société dans un article distinct.

J'aimerais beaucoup devenir un membre de votre société et apprécierais vous rencontrer et être présenté au Professeur Eddington.
Si le professeur Eddington a encore une réimpression de son article de mai dans les MN, je serais très heureux de le recevoir.

Seriez-vous assez aimable pour présenter mes meilleures salutations au professeur Eddington."

C'est donc bel et bien Lemaître lui-même qui a fait la traduction (comme il a pu) et a enlevé les passages qu'il pensait devenus quelque peu obsolètes depuis les résultats de Hubble... Il ne cherchait absolument pas à revendiquer quelque paternité que ce soit sur une découverte et préférait visiblement aller de l'avant, en évoquant dans cette réponse de nouvelles équations et proposant un nouvel article sur ces nouveaux travaux...

• Livio, M.  Nature 479, 173 (10 november 2011)
• Lemaître, G. Ann. Soc. Sci. Brux. A 47, 49–59 (1927)
• Hubble, E. P. Proc. Natl Acad. Sci. USA 15, 168–173 (1929).
• Lemaître, G. Mon. Not. R. Astron. Soc. 91, 483–490 (1931).

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