Communiqué de presse

Mesurer l'Univers bien plus précisément qu'auparavant

De nouveaux résultats affinent la distance qui nous sépare de notre galaxie voisine

6 mars 2013

Près d'une décennie d'observations minutieuses a permis à une équipe internationale d'astronomes de mesurer, avec une précision encore jamais atteinte, la distance à notre galaxie voisine, le Grand Nuage de Magellan. Cette nouvelle mesure améliore également notre connaissance du taux d'expansion de l'Univers – la Constante de Hubble – et constitue une étape cruciale dans la compréhension de la nature de la mystérieuse énergie noire responsable de l'accélération de l'expansion. L'équipe a utilisé les télescopes de l'ESO installés à l'Observatoire de La Silla au Chili ainsi que d'autres télescopes dans le monde. Ces résultats sont publiés dans l'édition du 7 mars 2013 de la revue Nature.

Les astronomes évaluent l'échelle de l'Univers en mesurant dans un premier temps la distance des objets les plus proches puis en les utilisant comme chandelles standard [1] afin d'évaluer des distances toujours plus grandes dans le cosmos. Mais la précision de cette chaîne repose sur celle de son maillon le plus faible. Jusqu'à présent, la détermination de la distance précise au Grand Nuage de Magellan (LMC), l'une des galaxies les plus proches de la Voie Lactée, s'est avérée incertaine. Etant donné que les étoiles de cette galaxie sont utilisées pour fixer l'échelle des distances de galaxies plus éloignées, la connaissance précise de leur éloignement s'avère cruciale.

Mais les observations rigoureuses d'un type rare d'étoiles doubles viennent de permettre à une équipe d'astronomes de déterminer la distance au Grand Nuage de Magellan avec une bien meilleure précision : 163 000 années-lumière.

« Je suis très excité parce que les astronomes ont essayé pendant près d'un siècle de mesurer avec précision la distance au Grand Nuage de Magellan, et cela s'est avéré extrêmement compliqué » nous confie Wolfgang Gieren (Université de Concepción, Chili), l'un des chefs de l'équipe. « Nous avons à présent résolu ce problème en offrant un résultat manifestement précis à 2 % près ».

Le gain en précision dans la mesure de la distance du Grand Nuage de Magellan améliore également notre connaissance des distances de nombreuses étoiles variables de type Céphéides [2]. Ces étoiles brillantes et pulsantes sont utilisées comme chandelles standard pour mesurer la distance des galaxies plus lointaines et pour déterminer le taux d'expansion de l'Univers – la Constante de Hubble. Cela constitue la base du sondage de l'Univers jusqu'aux galaxies les plus distantes accessibles avec les télescopes actuels. Ainsi donc, tout gain en précision dans la distance au Grand Nuage de Magellan a des répercussions positives et immédiates sur les mesures actuelles des distances cosmologiques.

Les astronomes ont mesuré la distance du Grand Nuage de Magellan grâce à l'observation de rares paires d'étoiles situées à proximité l'une de l'autre, les binaires à éclipses [3]. Comme ces étoiles tournent en orbite l'une autour de l'autre, elles passent alternativement l'une devant l'autre. Lorsque cela se produit, vue de la Terre, la luminosité totale diminue, à la fois quand une étoile passe devant l'autre et, dans une mesure différente, quand l'une passe derrière l'autre [4].

En observant ces variations de luminosité avec soin, et en mesurant les vitesses orbitales des étoiles, il devient possible de déterminer les dimensions des étoiles, leurs masses, ainsi que divers paramètres orbitaux. Ces données, combinées à des mesures précises de luminosité totale et de couleur des étoiles [5], permettent de déterminer des distances extrêmement précises.

Cette méthode a déjà été appliquée auparavant, mais à des étoiles chaudes. Dans ce cas, certaines hypothèses doivent être formulées toutefois, et les distances obtenues ne sont pas aussi précises que souhaité. Mais à présent, pour la première fois, huit binaires à éclipses extrêmement rares constituées de géantes rouges froides, ont été identifiées [6]. Ces étoiles ont été soigneusement étudiées et ont fourni des valeurs de distances bien plus précises – de l'ordre de 2 %.

« L'ESO a fourni une gamme de télescopes et d'instruments parfaitement adaptés aux observations requises pour mener à bien ce projet : HARPS pour la détermination extrêmement précise des vitesses radiales d'étoiles peu brillantes, et SOFI pour les mesures précises des brillances d'étoiles dans le domaine infrarouge,» précise Grzegorz Pietrzyński (Université de Concepción, Chili et Observatoire de l'Université de Varsovie, Pologne), auteur principal de l'article à paraître dans Nature.

« Nous travaillons afin d'améliorer encore notre méthode et espérons obtenir une précision de l'ordre de 1 % sur la distance au Grand Nuage de Magellan dans les quelques années à venir. Ce travail a des conséquences majeures non seulement en cosmologie, mais également dans de nombreux domaines de l'astrophysique » conclut Dariusz Graczyk, second auteur de l'article à paraître dans la revue Nature.

Notes

[1] Les chandelles standard sont des objets de luminosité connue. Connaissant la brillance d'un tel objet, les astronomes peuvent en déduire la distance – les objets les plus distants apparaissent moins lumineux. Les variables Céphéides constituent des exemples de chandelles standard [2] ainsi que les supernovae de type Ia. La principale difficulté consiste à calibrer l'échelle de distance en trouvant des exemples relativement proches de tels objets dont la distance peut être obtenue par d'autres moyens.

[2] Les variables de type Céphéide sont des étoiles brillantes instables qui pulsent et dont la luminosité varie. Mais il existe une relation très claire entre la fréquence de leurs pulsations et leur brillance. Les Céphéides qui pulsent rapidement sont d'éclat plus faible que celles qui pulsent plus lentement. Cette relation période-luminosité permet de les utiliser comme chandelles standards afin de mesurer les distances de galaxies proches.

[3] Ce travail fait partie du projet à long terme baptisé Araucaria dont l'objectif est d'améliorer les mesures des distances des galaxies proches.

[4] Les variations exactes de luminosité dépendent des dimensions relatives des étoiles, de leurs températures, de leurs couleurs ainsi que de paramètres orbitaux.

[5] Les couleurs sont déduites de la comparaison entre la luminosité des étoiles à différentes longueurs d'onde dans le domaine du proche infrarouge.

[6] Ces étoiles ont été découvertes en sondant le catalogue des 35 millions d'étoiles que contient le Grand Nuage de Magellan établi par le projet OGLE.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé "An eclipsing binary distance to the Large Magellanic Cloud accurate to 2 per cent", rédigé par G. Pietrzyński et al., à paraître dans l'édition du 7 mars 2013 de la revue Nature.

Cette équipe est composée de G. Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile; Warsaw University Observatory, Pologne), D. Graczyk (Universidad de Concepción), W. Gieren (Universidad de Concepción), I. B. Thompson (Carnegie Observatories, Pasadena, USA), B., Pilecki (Universidad de Concepción; Warsaw University Observatory), A. Udalski (Warsaw University Observatory), I. Soszyński (Warsaw University Observatory), S. Kozłowski (Warsaw University Observatory), P. Konorski (Warsaw University Observatory), K. Suchomska (Warsaw University Observatory), G. Bono (Università di Roma Tor Vergata, Rome, Italie; INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Italie), P. G. Prada Moroni (Università di Pisa, Italie; INFN, Pisa, Italie), S. Villanova (Universidad de Concepción ), N. Nardetto (Laboratoire Fizeau, UNS/OCA/CNRS, Nice, France), F. Bresolin (Institute for Astronomy, Hawaii, USA), R. P. Kudritzki (Institute for Astronomy, Hawaii, USA), J. Storm (Leibniz Institute for Astrophysics, Potsdam, Allemagne), A. Gallenne (Universidad de Concepción), R. Smolec (Nicolaus Copernicus Astronomical Centre, Warsaw, Pologne), D. Minniti (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chili; Vatican Observatory, Italie), M. Kubiak (Warsaw University Observatory), M. Szymański (Warsaw University Observatory), R. Poleski (Warsaw University Observatory), Ł. Wyrzykowski (Warsaw University Observatory), K. Ulaczyk (Warsaw University Observatory), P. Pietrukowicz (Warsaw University Observatory), M. Górski (Warsaw University Observatory), P. Karczmarek (Warsaw University Observatory).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope européen géant (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'E-ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

Liens

• L'article scientifique dans Nature
• Photos de HARPS/3,6m
• Photos du NTT
• Photos prises en utilisant SOFI 

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1311.