HUBBLE-LEMAÎTRE CONSTANTE DE
Mesure des distances cosmologiques
Une fois la vitesse de récession connue, l’autre élément clé pour mesurer l’expansion actuelle de l’Univers (donc H0) est le calcul des distances. Pour cela, Hubble et Lemaître ont utilisé la relation « période-luminosité » des céphéides découverte en 1908 par l’astronome américaine Henrietta Leavitt (1868-1921). Les céphéides sont des étoiles variables dont la luminosité diminue et augmente de façon stable et périodique. Elles présentent donc une relation étroite entre la fréquence (période) de leur pulsation lumineuse et la luminosité L qu’elles émettent (luminosité absolue) : les plus brillantes pulsent plus lentement. Alors, en mesurant la pulsation d’une céphéide, il est possible d’estimer la distance d en comparant le flux moyen observé f (c’est-à-dire la lumière qui nous parvient) à la luminosité, qui est alors déduite de la période de pulsation, via la formule élémentaire de dilution du rayonnement lumineux : f = . De tels objets astronomiques, avec lesquels il est possible d’estimer une distance à partir de l’observation de leur flux lumineux, sont appelés chandelles standards.
L’estimation initiale de la luminosité absolue L des céphéides nécessite d’être étalonnée via des mesures de distances géométriques telles que celles fournies par la méthode des parallaxes sur des objets proches. On effectue alors le calcul inverse : ayant mesuré d et f, il est alors possible d’estimer L.
Les céphéides sont généralement 10 000 fois plus lumineuses que le Soleil. Il y a un siècle déjà, Hubble et Lemaître ont pu en observer à des distances de quelques mégaparsecs (Mpc, soit 106 parsecs, un parsec correspondant à 3,26 années-lumière). En trouvant pour les galaxies qui les abritent des vitesses de récession de l’ordre de quelques milliers de km/s, il a été possible à cette époque d’estimer une valeur de H0 supérieure à 100 km·s-1·Mpc-1.
Mais, à ces distances, les vitesses propres des galaxies sont du même ordre de grandeur que l’effet cosmologique que l’on souhaite observer. C’est pourquoi, si la démonstration de l’existence de l’expansion de l’Univers était correcte, l’estimation de la valeur de H0 ne l’était pas.
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Écrit par
- Mickael RIGAULT : docteur en astrophysique, chargé de recherche au CNRS
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