Les ondes gravitationnelles mesurent la constante de Hubble

Les ondes gravitationnelles fournissent une nouvelle valeur pour la constante de Hubble

La constante de Hubble détermine le taux d'expansion de l'Univers et est estimée à 67 km/s/Mpc à partir des données du fond diffus cosmologique et à 73 km/s/Mpc à partir des observations de supernovae. Cette divergence, connue sous le nom de tension de Hubble, persiste depuis environ une décennie. Une nouvelle étude utilise les ondes gravitationnelles issues des fusions de trous noirs pour une estimation indépendante : 69,9 km/s/Mpc, l'incertitude diminuant à mesure que les données s'accumulent.

Les ondes gravitationnelles proviennent des fusions d'objets compacts et sont détectées par les détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA. Les signaux contiennent des informations directes sur la distance à la source — elles sont appelées « Sirènes standard » par analogie avec les bougies standard en astronomie électromagnétique.

Méthodologie pour l'analyse des « sirènes sombres »

La plupart des événements d'ondes gravitationnelles n'ont pas de contrepartie électromagnétique, ce qui complique l'identification de la galaxie hôte. Les chercheurs ont appliqué une approche statistique :

• Recueilli 17 événements avec une bonne localisation.
• Intégré des données de levés galactiques profonds.
• Utilisé l'apprentissage automatique pour calculer la distribution probabiliste des distances.

Résultat : H_0 = 69,9 ± 3,7 km/s/Mpc (intervalle de confiance à 68 %). Cette valeur se situe dans une position intermédiaire entre les estimations CMB et SN, renforçant la confiance dans la méthode.

Les détecteurs capturent la phase de coalescence et la modulation du ringdown, qui encodent la luminosité et la distance. Pour les « sirènes sombres », ils compensent l'absence de contreparties optiques en utilisant des catalogues de galaxies et l'inférence bayésienne.

Contexte physique de l'expansion de l'Univers

La constante de Hubble a évolué : dans l'Univers primitif, la matière dominait, ralentissant l'expansion ; il y a environ 5 milliards d'années, l'énergie sombre a déclenché l'accélération. Les méthodes de mesure sondent différentes époques :

• CMB (Planck) : Univers primitif, extrapolation via le modèle ΛCDM.
• Supernovae de type Ia : Univers local (z < 0,1).
• Ondes gravitationnelles : redshifts intermédiaires (z ~ 0,01–0,2).

Cette divergence suggère d'éventuelles erreurs systématiques ou des écarts par rapport à ΛCDM : énergie sombre évolutive, nouvelles particules dans l'Univers primitif, ou gravité modifiée.

Points clés

• Canal indépendant : Les ondes gravitationnelles utilisent le tissu de l'espace-temps, minimisant les biais dus à la poussière ou à l'évolution stellaire.
• Valeur intermédiaire : 69,9 km/s/Mpc est compatible avec les deux méthodes dans les marges d'erreur.
• Réduction de l'incertitude : Les futurs détecteurs (LIGO A+, Einstein Telescope) fourniront H_0 avec une précision < 1 %.
• Implications pour ΛCDM : Un désaccord pourrait signaler une physique au-delà du Modèle standard.
• Puissance statistique : L'apprentissage automatique étend l'analyse à des milliers d'événements.

Perspectives pour les mesures futures

Depuis 2015, plus de 90 fusions ont été détectées. Des milliers sont attendues dans les années 2030. Le suivi électromagnétique (p. ex., pour les étoiles à neutrons) calibre les sirènes. L'astronomie multimessagers combine GW et EM pour une cosmologie précise.

Le potentiel pour résoudre la tension augmente : si les GW confirment la divergence, une révision des paramètres cosmologiques sera nécessaire. La valeur actuelle souligne l'importance des méthodes diversifiées.

— Editorial Team