Une équipe internationale menée par le CSIRO et l’Université Swinburne a publié dans The Astrophysical Journal l’estimation la plus précise jamais obtenue du taux d’expansion de l’univers à partir d’ondes gravitationnelles. Fondée sur la fusion d’étoiles à neutrons GW170817, unique événement détecté à la fois par la gravité et par la lumière, l’analyse ravive le débat autour de la tension de Hubble.
La collision de deux étoiles à neutrons, captée en 2017 par les détecteurs LIGO et Virgo, livre aujourd’hui de nouveaux secrets. Une équipe internationale emmenée par le CSIRO australien et l’Université Swinburne vient d’en extraire une estimation du taux d’expansion de l’univers resserrée dans une fourchette allant de 61 à 70 kilomètres par seconde par mégaparsec. L’analyse, publiée dans The Astrophysical Journal le 30 juin, s’appuie sur GW170817, seul événement jamais détecté simultanément par ondes gravitationnelles et signaux lumineux.
Une mesure directe, sans échelle cosmique
Dirigés par la docteure Kelly Gourdji, astronome au CSIRO, et le professeur Adam Deller, de l’Université Swinburne de Technologie, les travaux ont mobilisé près d’une année d’observations issues du télescope spatial Hubble et de réseaux de radiotélescopes répartis aux États-Unis et en Europe. L’objectif : déterminer avec rigueur la géométrie du jet produit par la collision.
« Ces jets ne durent que quelques secondes, mais en percutant le gaz environnant, ils brillent pendant des mois », explique le professeur Deller.
La méthode présente une vertu rare. Elle contourne entièrement l’échelle de distances cosmiques traditionnelle, la chaîne de calibrations successives utilisée par les cosmologistes depuis des décennies. Le signal gravitationnel encode directement la distance à la source, conformément aux équations de la relativité générale d’Einstein. Combiné aux observations électromagnétiques, il permet une mesure indépendante du taux d’expansion de l’Univers.
La tension de Hubble relancée
Le chiffre obtenu se rapproche de la valeur dite de « l’univers primordial », dérivée du fond diffus cosmologique et établie autour de 67 km/s/Mpc. Il s’éloigne en revanche de la valeur issue des supernovae, qui situe la constante de Hubble aux alentours de 73 km/s/Mpc. La divergence, connue sous le nom de tension de Hubble, alimente les débats parmi les cosmologistes depuis plus d’une décennie.
« Certains astronomes avaient proposé des explications permettant de concilier ces deux mesures en modifiant notre compréhension de la cosmologie, mais notre mesure s’oppose assez fermement à cette solution », précise le professeur Deller.
La docteure Gourdji tempère toutefois la portée immédiate du résultat. « Nous devrons étudier davantage de fusions d’étoiles à neutrons de ce type pour en être certains. Pour l’instant, ce résultat apporte un point de données supplémentaire que les cosmologistes pourront prendre en compte dans le débat animé autour de la tension de Hubble. »
De fait, la précision obtenue reste environ quatre fois inférieure à celle des mesures conventionnelles de référence. L’apport principal réside donc moins dans la performance chiffrée que dans l’indépendance méthodologique qu’apporte la démarche.
Des détections à venir pour trancher
L’événement GW170817 avait initialement fourni, en 2017, une estimation de la constante de Hubble à 70 km/s/Mpc, assortie d’une incertitude d’environ 14 %. La nouvelle analyse réduit sensiblement l’incertitude. Les chercheurs anticipent que les prochaines campagnes d’observation des ondes gravitationnelles multiplieront les détections de collisions d’étoiles à neutrons accompagnées de contreparties électromagnétiques.
À mesure que le corpus d’événements s’étoffera, la méthode gravitationnelle gagnera en robustesse statistique. L’ambition affichée par la communauté scientifique est claire : faire de l’approche gravitationnelle un outil capable de départager, à terme, les deux valeurs concurrentes de la constante de Hubble. La résolution de cette tension pourrait alors emprunter un chemin radicalement distinct des approches classiques.
Article : « Revisiting GW170817 at Milliarcsecond Scale: High-precision Constraints on Jet Geometry and H0 » – DOI : 10.3847/1538-4357/ae706c
Source : Université de technologie de Swinburne
