Une impression artistique de deux naines blanches fusionnant pour créer une supernova de type Ia. Crédit : ESO/L. Calsada
L’analyse des explosions de supernova qui se déroulent depuis plus de deux décennies soutient de manière concluante les théories cosmologiques modernes et revitalise les efforts pour répondre aux questions fondamentales.
Les astrophysiciens ont effectué une nouvelle analyse puissante qui place les limites les plus précises jamais connues sur la formation et l’évolution de l’univers. Avec cette analyse, baptisée Panthéon+, les cosmologistes se retrouvent à la croisée des chemins.
Pantheon+ soutient de manière convaincante que l’univers est composé d’environ deux tiers d’énergie noire et d’un tiers de matière – dont une grande partie sous forme de matière noire – et qu’il s’est développé à un rythme accéléré au cours du dernier milliard d’années. Cependant, Pantheon + amplifie également l’énorme controverse sur le rythme de cette expansion non résolue.
En plaçant la théorie dominante de la cosmologie moderne, connue sous le nom de modèle standard de cosmologie, sur une base plus solide de preuves et de statistiques, Pantheon+ ferme également la porte à des cadres alternatifs qui expliquent énergie noire Et matière noire. Les deux sont les pierres angulaires du modèle standard de la cosmologie mais n’ont pas encore été découverts directement. Ils sont l’un des plus grands puzzles modèles. Suite aux résultats de Pantheon +, les chercheurs peuvent désormais effectuer des tests d’observation plus précis et affiner les explications du pseudounivers.
G299 est laissé par une certaine classe de supernova appelée Type Ia. Crédit : NASA/CXC/U.Texas
“Avec ces résultats de Pantheon+, nous avons pu imposer les limites les plus précises à la dynamique et à l’histoire de l’univers à ce jour”, a déclaré Dillon Prout, Einstein Fellow au Center for Astrophysics. Harvard et Smithsonian. “Nous avons passé au peigne fin les données et pouvons maintenant dire avec plus de confiance que jamais comment l’univers a évolué au cours des siècles et que les meilleures théories actuelles sur l’énergie noire et la matière noire sont très solides.”
Pruitt est l’auteur principal d’une série d’articles décrivant le nouveau Panthéon + Analyseco-publié le 19 octobre dans un numéro spécial Revue d’astrophysique.
Pantheon + est basé sur le plus grand ensemble de données de ce type, comprenant plus de 1 500 explosions stellaires appelées supernovae de type Ia. Cette explosion lumineuse s’est produite lorsque[{” attribute=””>white dwarf stars — remnants of stars like our Sun — accumulate too much mass and undergo a runaway thermonuclear reaction. Because Type Ia supernovae outshine entire galaxies, the stellar detonations can be glimpsed at distances exceeding 10 billion light years, or back through about three-quarters of the universe’s total age. Given that the supernovae blaze with nearly uniform intrinsic brightnesses, scientists can use the explosions’ apparent brightness, which diminishes with distance, along with redshift measurements as markers of time and space. That information, in turn, reveals how fast the universe expands during different epochs, which is then used to test theories of the fundamental components of the universe.
La découverte révolutionnaire de la croissance accélérée de l’univers en 1998 était grâce à l’étude des supernovae de type Ia de cette manière. Les scientifiques attribuent cette expansion à l’énergie invisible, et donc à l’énergie dite noire, qui est inhérente à la structure même de l’univers. La prochaine décennie de travail continue de collecter de plus grands ensembles de données, révélant des supernovae dans un plus large éventail d’espace et de temps, et Pantheon + les a maintenant réunis dans l’analyse statistique la plus puissante possible.
Dit Adam Rees, co-lauréat du prix Nobel de physique 2011 pour avoir découvert l’accélération de l’expansion de l’univers et professeur émérite Bloomberg Université John Hopkins (JHU) et Institut des sciences du télescope spatial à Baltimore, Maryland. Reese est également diplômé de Harvard et titulaire d’un doctorat. en astrophysique.
“Avec cet ensemble de données combiné Pantheon+, nous obtenons une vision précise de l’univers depuis le moment où il était dominé par la matière noire jusqu’au moment où l’énergie noire est devenue dominante dans l’univers.” – Dillon Brut
La carrière de Pruitt en cosmologie remonte à ses années de premier cycle à l’Université Johns Hopkins, où il a été encadré et conseillé par Reese. Là, Pruitt a travaillé avec Dan Skolnick, alors doctorant et conseiller de Reiss, maintenant professeur adjoint de physique à l’Université Duke et co-auteur d’une nouvelle série d’articles.
Il y a plusieurs années, Skolnik a développé une analyse du panthéon original d’environ 1 000 supernovas.
Maintenant, Brout, Scolnic et leur nouvelle équipe ont ajouté Pantheon+ environ 50 % de points de données de supernova en plus à Pantheon+, ainsi que des améliorations dans les techniques d’analyse et la gestion des sources de défaut potentielles, ce qui a finalement entraîné une précision inférieure à celle du Pantheon d’origine.
“Le saut dans la qualité de l’ensemble de données et notre compréhension de la physique sous-jacente n’auraient pas été possibles sans une excellente équipe d’étudiants et de collaborateurs travaillant dur pour améliorer chaque aspect de l’analyse”, a déclaré Pruitt.
En regardant les données dans leur ensemble, la nouvelle analyse voit 66,2% de l’univers apparaître comme de l’énergie noire, les 33,8% restants étant un mélange de matière noire et de matière. Pour mieux comprendre les composants qui composent l’univers à différentes époques, Brout et ses collègues ont combiné Panthéon+ avec une autre échelle qui s’est avérée robuste, indépendante, complémentaire de la structure à grande échelle de l’univers et avec des mesures de la la lumière la plus proche de l’univers, le fond micro-onde.
“Avec ce résultat Panthéon+, nous avons pu poser les limites les plus précises sur la dynamique et l’histoire de l’univers à ce jour.” – Dillon Brut
Un autre résultat majeur du Panthéon+ concerne l’un des principaux objectifs de la cosmologie moderne : déterminer le taux actuel d’expansion de l’univers, connu sous le nom de constante de Hubble. L’assemblage de l’échantillon Panthéon + avec les données de SH0ES (Supernova H0 pour Equation of State), dirigé par Reese, a abouti à la mesure locale la plus stricte du taux d’expansion actuel de l’univers.
Allanthion+ et SH0ES ont découvert ensemble la constante de Hubble de 73,4 kilomètres par seconde par mégaparsec avec seulement 1,3 % d’incertitude. En d’autres termes, pour chaque mégaparsec, soit 3,26 millions d’années-lumière, l’analyse estime que dans l’univers le plus proche, l’espace lui-même s’étend à plus de 160 000 miles par heure.
Cependant, les observations d’époques complètement différentes de l’histoire de l’univers prédisent une histoire différente. La mesure de lumière la plus ancienne de l’univers, le fond cosmique de micro-ondes, lorsqu’il est combiné avec le modèle standard actuel de cosmologie, amplifie systématiquement la constante de Hubble à des niveaux beaucoup plus bas que les observations faites par les supernovae de type Ia et d’autres marqueurs astrophysiques. La grande différence entre ces deux méthodologies s’appelle la souche de Hubble.
Les nouveaux ensembles de données Pantheon+ et SH0ES amplifient les tensions de Hubble. En fait, la souche a maintenant franchi le seuil crucial de 5 sigma (la probabilité qu’une se produise sur un million en raison du hasard) que les physiciens utilisent pour faire la distinction entre la probabilité statistique et quelque chose à comprendre. Atteindre ce nouveau niveau de statistiques met en évidence les défis auxquels sont confrontés les théoriciens et les astrophysiciens pour tenter d’expliquer l’incohérence de la constante de Hubble.
“Nous pensions qu’il serait possible de trouver des preuves d’une nouvelle solution à ce problème dans notre ensemble de données, mais nous avons constaté que nos données excluent bon nombre de ces options et que de profondes disparités restent aussi difficiles que jamais”, a déclaré Brout.
Les résultats de Pantheon+ peuvent aider à montrer où les tensions de Hubble sont résolues. “De nombreuses théories modernes commencent à pointer vers une nouvelle physique étrange dans l’univers primitif, cependant, de telles théories non vérifiées doivent persister dans le processus scientifique, et la souche Hubble reste un défi majeur”, a déclaré Pruitt.
Dans l’ensemble, Pantheon+ offre aux scientifiques un regard complet sur une grande partie de l’histoire cosmique. La supernova la plus ancienne et la plus éloignée de l’ensemble de données brille à une distance de 10,7 milliards d’années-lumière, car l’univers a environ le quart de son âge actuel. Dans les époques antérieures, la matière noire et la gravité associée contrôlaient le taux d’expansion de l’univers. Une telle situation a radicalement changé au cours des prochains milliards d’années, car les effets de l’énergie noire ont éclipsé les effets de la matière noire. Depuis lors, l’énergie noire a séparé le contenu de l’univers et à un rythme de plus en plus rapide.
“Avec cet ensemble de données Panthéon+ combiné, nous obtenons une vision précise de l’univers à une époque où la matière noire était dominée par l’énergie noire”, a déclaré Pruitt. “Cet ensemble de données est une occasion unique de voir l’énergie noire à l’œuvre et de conduire l’évolution de l’univers à son plus haut niveau aujourd’hui.”
Nous espérons que l’étude de ces changements maintenant avec des preuves statistiques plus solides conduira à de nouvelles connaissances sur la nature mystérieuse de l’énergie noire.
“Pantheon+ nous donne la meilleure opportunité de limiter l’énergie noire, son origine et son évolution”, a déclaré Pruitt.
Références : “Pantheon + Analisis : Kendala Kosmik” oleh Dillon Pruitt, Dan Skolnick, Brody Popovich, Adam J. Reese, Anthony Carr, Joe Zontz, Rick Kessler, Tamara M. Davies, Samuel Hinton, David Jones, W. Darcy Kenworthy, Eric R. Peterson, Khaled Saeed, Georgie Taylor, Noor Ali, Patrick Armstrong, Pranav Scharvaux, Ariana Dumoh, Cole Mulldorf, Antonella Palmes, Helen Coe, Benjamin M. Rose, Bruno Sanchez, Christopher W. Stubbs, Maria Vincenzi, Charlotte M Bois, Peter J. Brown, Rebecca Chin, Ken Chambers, David A. Coulter, May Day, Georgios Demetriadis, Alexei F. Filipenko, Ryan J. Foley, Saurabh Jha, Lisa Kelsey, Robert B Kirchner, Anis Muller, Jesse Muir , Seshadri Nadthor , Yen Chin Pan, Armin Rist, Cesar Rojas Bravo, Masao Sacco, Matthew Seibert, Matt Smith, Benjamin E. Stahl et Phil Wiseman, 19 octobre 2022, Revue d’astrophysique.
DOI : 10.3847 / 1538-4357 / ac8e04
