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Comme mentionné dans wiki/Age_of_the_universe,
La mesure actuelle de l'âge de l'univers est d'environ 13,8 milliards d'années (en 2015) - 13,799 ± 0,021 milliard d'années
Quand mon ami qui n'a pas de formation scientifique me demande comment mesure-t-on l'âge de l'univers ? Comment dois-je lui expliquer?
De la même manière que si vous deviez mesurer la hauteur et la vitesse d'un objet lancé en l'air, vous seriez en mesure de déterminer la force avec laquelle il a été lancé et depuis combien de temps. L'hypothèse est faite que la trajectoire de l'objet lancé obéit aux lois connues de la physique.
Un autre avantage que l'on a en astronomie est que vous n'êtes pas limité à faire une seule mesure dans le présent, vous pouvez observer des choses lointaines comme elles l'étaient dans le passé. Cela vous donne de multiples occasions de mesurer la taille et le taux d'expansion de l'univers pour corroborer votre réponse et/ou découvrir des failles dans la compréhension de la physique (comme l'énergie noire par exemple). Néanmoins, dans une certaine mesure, l'âge cité suppose que nous avons le droit de physique.
À l'heure actuelle, l'estimation de l'âge dépend fortement des mesures des caractéristiques qui se sont formées lorsque l'univers avait environ 400 000 ans (le fond diffus cosmologique), combinées à des observations de supernovae dans les galaxies à une gamme de distances (et de temps dans le passé) , qui nous disent précisément comment la trajectoire de l'univers a changé avec le temps.
L'exactitude de la réponse (par opposition à la précision, ce qui est très élevé), peut être vérifié par des tests indépendants comme l'estimation de l'âge des étoiles les plus anciennes, l'examen de la structure de l'univers, à la fois maintenant et dans le passé, etc.
En gros, tout s'enchaîne raisonnablement bien pour le moment (en fait, il y a de petits écarts dans le taux d'expansion mesuré maintenant, par rapport aux prédictions de l'ancien fond diffus cosmologique), donc l'âge que vous citez est un âge pour le "modèle de concordance", qui utilise un accord (bien que pas entièrement compris) ensemble de physique.
Une fois que l'on regarde assez loin pour dépasser les "effets locaux", on voit tout s'écarter, s'étaler dans toutes les directions, comme un ensemble de points sur un ballon qu'on gonfle, ou comme des groseilles dans une miche de pain qui monte dans le four.
Nous pouvons utiliser les lois de la physique pour suivre ces mouvements dans le temps afin de déterminer à quelle distance toutes les galaxies se trouvaient à différentes dates dans le passé. Si nous faisons cela, nous constatons qu'il y a 13,8 milliards d'années, ils étaient tous au même endroit (il y a beaucoup de détails subtils à comprendre dans ce calcul, mais beaucoup de gens y ont travaillé pendant longtemps). Cette quantité de matière et d'énergie emballée dans ce petit espace déforme à la fois l'espace et le temps, de sorte qu'il n'est pas vraiment possible de parler du temps « avant » cet événement. Par conséquent, cela est considéré comme l'origine de l'univers.
18 juin : comment mesure-t-on l'expansion de l'univers ?
Titre: AaS ! 106 : Comment mesure-t-on l'expansion de l'univers ?
Organisation: INFN Trieste et OSU CCAPP
La description: Quel est le problème avec redshift ? Comment pouvons-nous réellement interpréter les vitesses lorsqu'il s'agit d'expansion cosmique ? Et qu'en est-il de la récente tension sur la mesure du taux d'expansion ? Je discute de ces questions et d'autres dans Ask a Spaceman d'aujourd'hui !
Biographie: Paul Sutter a obtenu son doctorat. en physique de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign en tant que chercheur diplômé du département des sciences informatiques de l'énergie. Il a ensuite passé trois ans en tant que chercheur postdoctoral en sondes cosmiques de nouvelle génération à l'Institut d'astrophysique de Paris, et est actuellement chercheur INFN en physique théorique à Trieste, en Italie, et chercheur invité au Centre de cosmologie de l'Ohio State University. et la physique des astro-particules. Il est inexplicablement attiré par les positions avec des titres très longs.
Parrain d'aujourd'hui : Un grand merci à nos supporters Patreon ce mois-ci : Frank Tippin, Brett Duane, Jako Danar, Joseph J. Biernat, Nik Whitehead, Timo Sievänen, Steven Jansen, Casey Carlile, Phyllis Simon Foster, Tanya Davis, Rani B, Lance Vinsel, Steven Emert .
Comment mesure-t-on l'âge de l'univers ? - Astronomie
Les supernovae, des étoiles explosives qui brillent aussi intensément qu'un milliard de soleils, sont des événements étonnants qui offrent la meilleure méthode pour mesurer la taille et la forme de l'univers. Le professeur Kirshner explique comment les étoiles explosent et comment les astronomes rassemblent les indices de ces brillantes catastrophes pour comprendre l'âge, la forme et le destin de l'Univers. Cliquez ici pour plus d'informations.
Robert P. Kirshner est professeur d'astronomie à l'Université Harvard, où il a présidé le département de 1990 à 1997. À l'automne 1997, il était en congé sabbatique à l'Institute for Theoretical Physics de l'Université de Californie à Santa Barbara.
Les travaux scientifiques de Kirshner se sont concentrés sur les explosions de supernova et leur application à la mesure de l'Univers. Auteur de plus de 150 publications scientifiques, Kirshner est chercheur principal pour SINS, l'étude intensive sur la supernova avec le télescope spatial Hubble. Il est membre de l'Académie américaine des arts et des sciences. À Harvard, Kirshner enseigne un grand cours de base appelé Matter in the Universe. Surnommé "le David Letterman de l'astronomie" par ses collègues pour sa manière divertissante de conférence, il a écrit des articles populaires pour National Geographic, Scientifique américain, Histoire naturelle, Ciel et télescope, et le Encyclopédie mondiale du livre.
L'audio pour cette conférence nécessite du matériel audio et RealPlayer ou RealAudio de RealNetworks.
Comment connaît-on l'âge du Soleil ?
L'âge du Soleil est d'environ 4,5 milliards d'années et il est déterminé par datation radiométrique.
Explication de la solution
Le soleil est formé presque au moment de la formation du système solaire, de sorte que l'âge du soleil peut être déterminé par datation radiométrique d'objets connus pour s'être formés au moment de la formation du système solaire.
Il n'y a pas d'heure précise de la naissance du Soleil, mais il est calculé et trouvé qu'il a environ plus de 4,5 milliards d'années.
La datation radiométrique est une méthode utilisée pour mesurer l'âge des roches, des fossiles et d'autres objets solides. Cette méthode est fiable car elle utilise des proportions d'isotopes et d'atomes dans un objet. Le carbone 14 est l'un des éléments utilisés pour la datation radiométrique.
Il existe différentes manières de déterminer l'âge du Soleil. Cela peut aussi se faire en mesurant les demi-vies d'objets, des objets dont le temps de décroissance est très long peuvent aussi être utilisés pour déterminer l'âge du Soleil.
Ainsi, l'âge du Soleil est d'environ 4,5 milliards d'années et il est déterminé par datation radiométrique.
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Message d'invité : Comment l'astronomie soutient l'évolution
Aujourd'hui, nous avons la chance d'avoir un article invité de Brian Koberlein : scientifique, professeur et communicateur scientifique extraordinaire. Vous pouvez trouver Brian sur son blog et sur Google+.
Une récente enquête Pew a révélé qu'un tiers des Américains croient que les humains et autres êtres vivants existent sous leur forme actuelle depuis la nuit des temps. C'est un tiers de la population adulte qui rejette l'évolution, qui est la théorie fondamentale de la biologie. Indirectement, ils rejettent aussi les fondements de la géologie, de la physique et de l'astronomie. Une grande partie des commentaires sur cette enquête se sont concentrés sur les corrélations religieuses et politiques, mais regardons la science derrière les idées. Si l'évolution est correcte (et elle l'est), alors elle doit s'être produite sur des milliards d'années, pas seulement 10 000 ou plus. Alors, comment savons-nous - savons-nous vraiment, vraiment - que l'Univers a des milliards d'années ? Tout se résume à un peu d'astronomie.
Une façon de déterminer l'âge de l'Univers est à travers les distances cosmiques. Puisque la lumière voyage à une vitesse finie, la lumière des objets distants met du temps à nous atteindre. Plus les objets que nous pouvons voir sont éloignés, plus l'Univers doit être ancien. Alors, jusqu'où 10 000 ans vous mènent-ils ? Pas très loin, comme vous pouvez le voir sur la figure ci-dessus. Pour tout ce qui se trouve en dehors du cercle jaune, la lumière a mis plus de 10 000 ans pour nous atteindre. Si l'Univers n'avait que 10 000 ans, nous ne verrions encore rien au-delà de ce cercle. La faible lueur de la Voie lactée dans un ciel sombre ? Il en manquerait la plupart. Le Grand Nuage de Magellan ? Totalement parti. La galaxie d'Andromède ? Aucune chance. Le ciel nocturne d'un jeune Univers serait plus sombre et pas aussi intéressant.
Alors, comment savons-nous que nos distances sont correctes ? Il existe en fait plusieurs méthodes pour déterminer les distances cosmiques, et celles-ci sont combinées pour créer ce que l'on appelle l'échelle des distances cosmiques. La méthode la plus directe utilise la propriété de parallaxe. La parallaxe se produit lorsque vous regardez un objet depuis deux positions légèrement différentes. Vous l'utilisez probablement tous les jours, car c'est ce qui donne aux humains la perception de la profondeur. Lorsque vous regardez un objet, chacun de vos yeux a un point de vue légèrement différent. Votre cerveau utilise ces informations pour déterminer quels objets sont proches et lesquels sont plus éloignés. C'est aussi pourquoi vous devez porter des lunettes spéciales lorsque vous allez voir un film en 3D. Les lunettes garantissent que vos yeux ont chacun une perspective légèrement différente, ce qui donne au film une illusion de profondeur. Si vous enlevez les lunettes pendant le film, cela semblera légèrement flou. Sans les lunettes, vos yeux voient les deux points de vue flous ensemble.
Vous pouvez voir l'effet de la parallaxe avec une expérience simple. Tenez votre pouce à bout de bras et regardez-le avec un seul œil. Sans bouger votre pouce, changez d'œil et vous verrez que votre pouce semble bouger par rapport à des objets plus éloignés. Ce décalage est connu sous le nom de décalage de parallaxe. Si vous rapprochez votre pouce et refaites l'expérience, vous verrez que le décalage de parallaxe est plus important. S'il est plus éloigné, le décalage de parallaxe est plus petit.
Avec un peu de trigonométrie, vous pouvez calculer la distance à un objet en mesurant sa parallaxe. C'est ainsi que les astronomes peuvent mesurer les distances aux étoiles proches, en utilisant le mouvement de la Terre à leur avantage. Le rayon de l'orbite de la Terre autour du Soleil est de 150 millions de kilomètres. En observant la position d'une étoile une nuit donnée, puis une nuit des mois plus tard, les astronomes peuvent mesurer le décalage de parallaxe de l'étoile de deux points de vue. Plus le décalage de parallaxe est important, plus l'étoile est proche. Le vaisseau spatial Gaia récemment lancé peut mesurer la parallaxe avec une précision de quelques microsecondes d'arc, ce qui nous donne la possibilité de mesurer des distances stellaires jusqu'à 30 000 années-lumière avec une précision de 10 %.
Au-delà de cette distance, la parallaxe est trop petite pour être utile, nous pouvons donc utiliser une autre méthode pour examiner un type d'étoile connu sous le nom de variable céphéide. Les variables céphéides sont des étoiles dont la luminosité varie sur une période de plusieurs jours. La première étoile de ce type à être observée était Delta Cephei en 1784 (la quatrième étoile la plus brillante de la constellation de Céphée), d'où son nom. Pour les Céphéides voisines, nous pouvons déterminer leur distance via la parallaxe. Nous pouvons également déterminer leur magnitude apparente (à quel point ils apparaissent brillants), et étant donné leur distance, nous pouvons déterminer leur magnitude absolue (à quel point ils sont brillants) en utilisant le fait que la luminosité d'un objet diminue avec la distance suivant ce qu'on appelle un inverse loi des carrés.
Au début des années 1900, l'astronome Henrietta Leavitt a analysé plus de 1700 étoiles variables pour découvrir la relation luminosité-période pour les variables céphéides. En regardant les Céphéides dans un nuage de Magellan particulier, elle a pu démontrer une relation linéaire entre la luminosité absolue (luminosité) et la période, comme le montre la figure ci-dessus. Cela signifiait que les Céphéides pouvaient être utilisées comme « bougies standard ». En observant leur période variable, nous pouvons déterminer leur luminosité absolue. En comparant cela à leur luminosité apparente, nous pouvons déterminer leur distance. Depuis le télescope Hubble, nous avons des observations de variables céphéides dans de nombreuses galaxies proches, pour lesquelles nous pouvons mesurer des distances galactiques jusqu'à environ 100 millions d'années-lumière.
Au-delà de cette distance, les variables Céphéides sont trop faibles pour être utilisées avec précision, nous avons donc besoin d'une autre méthode. Cela se fait souvent avec une autre classe de bougie standard connue sous le nom de Supernova de type Ia. Ce type de supernova peut souvent se produire lorsque deux naines blanches sont en orbite rapprochée l'une de l'autre. Une naine blanche se forme lorsqu'une étoile de la taille du Soleil commence à manquer d'hydrogène pour fusionner dans son noyau. L'étoile fusionne de l'hélium pendant un certain temps, la faisant gonfler en une géante rouge. En fonction de sa masse, une étoile fusionnera des éléments supérieurs dans son noyau, et la chaleur et la lumière qui en résultent chassent une grande partie du matériau extérieur de l'étoile, mais il arrive un moment où l'étoile ne peut tout simplement pas continuer à fusionner des éléments supérieurs. Après cela, ce qui reste de l'étoile se comprime en une naine blanche. Dans une naine blanche, ce ne sont pas la chaleur et la pression de fusion qui s'équilibrent contre le poids de la gravité, mais la pression des électrons qui se poussent les uns contre les autres. Les supernovas de type Ia sont généralement causées par une collision ou une fusion de deux naines blanches. Si les deux étoiles sont sur une orbite binaire proche, en particulier avec une troisième étoile en orbite dans le cadre d'un système trinaire, les orbites des naines blanches peuvent se dégrader au point de se heurter, entraînant une explosion de supernova.
Ce qui rend ce type de supernovae particulièrement intéressant, c'est qu'elles ont toujours à peu près la même luminosité. Nous avons observé des supernovae de type Ia dans des galaxies dont la distance était déjà connue à partir des variables céphéides. Nous pouvons observer la luminosité des supernovae et, connaissant leur distance, nous pouvons déterminer leur luminosité réelle. Ce que nous constatons, c'est que les supernovae de type Ia ont toujours la même luminosité.
Cette propriété signifie que nous pouvons également les utiliser comme bougie standard. Si nous observons une supernova de type Ia dans une galaxie lointaine, nous pouvons observer à quel point elle apparaît brillante. Puisque nous savons à quel point elle est lumineuse, nous pouvons calculer la distance jusqu'à la galaxie, car plus une source lumineuse est éloignée, plus elle apparaît faiblement. On peut donc utiliser ce type de supernova pour mesurer la distance à sa galaxie. Cela nous permet de mesurer des distances cosmiques de milliards d'années-lumière.
Maintenant, en tant que sceptique, vous pourriez souligner que tout ce que j'ai fait est de montrer que l'Univers est grande, ce n'est pas vieille. Bien sûr, la lumière des galaxies lointaines pourrait prendre des milliards d'années pour nous atteindre maintenant, mais et si la vitesse de la lumière était beaucoup plus rapide dans le passé ? Comment savons-nous que la vitesse de la lumière n'a pas changé au fil du temps ?
L'une des choses que nous pouvons faire est d'examiner les spectres d'émission et d'absorption des atomes et des molécules dans les étoiles, les nébuleuses et les galaxies lointaines. Les motifs de ces spectres nous permettent d'identifier ces atomes et molécules, comme une sorte d'empreinte digitale. Mais ils nous permettent également de tester si les constantes physiques ont changé au fil du temps. Pas seulement la vitesse de la lumière, mais la charge de l'électron, la constante de Planck et d'autres. Si l'une de ces constantes avait changé au fil du temps, les raies d'un spectre se déplaceraient les unes par rapport aux autres. Le motif s'écarterait dans certaines zones et se froisserait dans d'autres. Lorsque nous regardons des objets distants, nous ne trouvons aucun changement de ce type dans aucun d'entre eux. Compte tenu des limites de notre équipement, cela signifie que la vitesse de la lumière ne peut pas avoir changé plus d'une partie sur un milliard au cours des 7 derniers milliards d'années. D'après ce que nous pouvons observer, la vitesse de la lumière a toujours été la même.
Cela nous donne donc confiance dans un aspect merveilleux de l'astronomie d'observation. Lorsque vous regardez des objets de plus en plus éloignés, vous regardez aussi plus loin dans le temps. Mais nous pouvons pousser cette idée un peu plus loin, car non seulement nous savons que l'Univers est ancien, mais nous savons quel âge il a en utilisant l'effet Doppler. La couleur observée de la lumière peut être affectée par le mouvement relatif de sa source. Si une source lumineuse se déplace vers nous, la lumière que nous voyons est plus bleuâtre que prévu (décalage bleu). Si une source lumineuse s'éloigne de nous, la lumière est plus rougeâtre (décalée vers le rouge). Plus la source se déplace rapidement, plus le décalage est important.
Nous avons mesuré ce changement de couleur pour de nombreuses étoiles, galaxies et amas, et lorsque nous traçons un graphique de la distance des galaxies par rapport à leur décalage vers le rouge, nous trouvons une relation intéressante, vue ci-dessus. Plus la distance d'une galaxie est grande, plus son décalage vers le rouge est important. Cela signifie que les galaxies ne se déplacent pas simplement au hasard, comme on pourrait s'y attendre dans un Univers stable et uniforme. Au lieu de cela, plus la galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement de nous. Cette relation entre distance et vitesse est la même dans toutes les directions, ce qui signifie que l'Univers semble s'étendre dans toutes les directions. Bien sûr, si l'Univers est en expansion, il a dû être plus petit dans le passé. En d'autres termes, l'Univers a un âge fini, et il a commencé très petit, très dense (et donc très chaud). Nous appelons ce point de départ le Big Bang. Si vous faites le calcul, vous obtenez un âge d'environ 13,8 milliards d'années.
Bien sûr, l'histoire que j'ai racontée ici n'est qu'un chemin vers l'âge de l'Univers. Nous avons beaucoup d'autres preuves d'observation telles que le fond diffus cosmologique, l'évolution stellaire, les oscillations acoustiques des baryons et le rapport hydrogène/hélium, sans parler de la science planétaire, de la géologie et de la biologie. Cette confluence de preuves pointe vers un Univers qui n'a pas des milliers, mais des milliards d'années.
Il fut un temps où l'idée d'un petit et jeune Univers semblait raisonnable. Nous savons maintenant qu'il est bien plus ancien et bien plus merveilleux que ce à quoi nous nous attendions.
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L'évolution est l'un des aperçus les plus beaux et les plus profonds de l'univers que possède notre espèce, et elle doit être joyeusement célébrée et observée : « Une vie merveilleuse », comme l'a dit Steven Jay Gould. La panoplie de la vie est une chose aussi merveilleuse à observer par elle-même - plutôt que de se livrer à l'égocentrisme cosmique - comme les piliers de gaz dans la nébuleuse de l'Aigle.
Nous nous intéressons au sujet de l'évolution, en tant que fait et aux manières multivariées qu'elle influence et se manifeste dans notre univers. scientifiquement, artistiquement, historiquement, philosophiquement, politiquement.
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Comment mesure-t-on l'âge de l'univers ? - Astronomie
Pour certaines parties par rapport à nous, seulement un milliard d'années se seraient écoulées, pour d'autres peut-être 20 ?
Nous jugeons simplement par des années terrestres et non par des années relativistes. Bien sûr techniquement, certaines pièces ont avancé plus loin dans le "temps" en raison de l'effet de la gravité. Mais selon nous ici sur terre, en regardant dehors. Il y a environ 13,8 milliards d'années depuis le big bang. (Un an étant le temps qu'il faut à la terre pour effectuer 1 cycle complet autour du soleil)
Cela dépend de la façon dont nous le mesurons, mais tous les cadres de référence raisonnables donnent à peu près la même valeur.
Les mesures les plus précises sont basées sur le fond diffus cosmologique (CMB). Il existe un cadre de référence pratique appelé cadre comoving, dans lequel la lumière CMB provenant de toutes les directions est également décalée vers le rouge. C'est aussi le cadre de référence dans lequel l'univers est le plus ancien, et c'est le cadre de référence que nous utilisons lorsque nous faisons la plupart des cosmologies.
Notre système solaire se déplace à environ 371 km/s par rapport au référentiel mobile, ce qui donne un facteur de dilatation du temps de seulement 1.0000008, c'est pourquoi peu importe le référentiel (raisonnable) que nous choisissons. Dans ce cadre, l'univers n'est plus jeune que d'environ 10 000 ans, sur 13,8 milliards d'années.
Le plus vieux quoi que ce soit dans l'univers pourrait être vieux de 13,8 milliards d'années. Ce serait un objet hypothétique qui a vu le jour lors du big bang et qui a été stationnaire (appelé comoving) par rapport au fond diffus cosmologique pendant toute son existence. Vous avez raison de dire qu'il n'y a pas de temps universel pour tout l'univers et que tout cadre de référence est valide, mais l'utilisation du CMB est la plus logique car il s'agit du rayonnement restant du big bang.
Il est également important de noter que la plupart des parties de l'univers sont assez proches de l'évolution du CMB, donc la plupart de l'univers est assez proche de cet âge. Les seuls endroits où vous vous attendriez à une grande différence dans la mesure du temps écoulé seraient à proximité d'objets massifs comme les trous noirs et les choses qui se sont déplacées à des vitesses relativistes pendant la majeure partie de l'existence de l'univers.
Je ne suis pas un expert mais si je comprends bien, tout se résume à un cadre de référence.
Nous essayons de mesurer l'âge de notre partie de l'univers. L'hypothèse est que la physique fonctionne de la même manière dans toutes les parties de l'univers, donc si nous pouvions nous téléporter instantanément à l'endroit le plus éloigné où nous pouvons voir et y prendre une mesure, nous obtiendrions la même réponse.
Bien sûr, la dilatation du temps, l'expansion de l'univers et autres ont produit des effets intéressants comme l'étoile de Mathusalem :
Et nous ne sommes même pas si sûrs de la partie vieille de 13,8 milliards d'années :
Il y a plusieurs bonnes réponses ici, mais je pense qu'il vaut la peine de mentionner à quel point les choses relativistes sont rares. La plupart des choses dans l'espace ont tendance à se déplacer à environ 0,1% de la vitesse de la lumière. Cela semble rapide, mais il s'avère que les effets relativistes qui font bouger les horloges différemment sont très faibles jusqu'à ce que vous atteigniez environ 90% de la vitesse de la lumière. Vous pouvez également modifier la vitesse de l'horloge avec une forte gravité, mais encore une fois, vous devez être près d'un trou noir pour que cela compte.
Dans l'ensemble, vous obtenez que pour à peu près toutes les horloges, l'âge de l'univers sera le même, à quelques milliers d'années près.
La dernière chose à noter est le fond cosmique des micro-ondes. Fondamentalement, il fut un temps où l'univers était plein de gaz si chaud que nous pouvons encore en voir la lueur aujourd'hui. Vous pouvez dire à partir de cette lueur si vous vous déplacez par rapport à ce gaz, vous pouvez donc l'utiliser comme point de référence pour une vitesse standard, et donc une horloge standard, pour l'univers. Comme je l'ai décrit ci-dessus, cela ne fait pas beaucoup de différence de tenir compte de cela, mais c'est plutôt cool.
Quelle étoile est la plus vieille étoile ?
La plus ancienne étoile découverte à ce jour par l'humanité semble être encore plus ancienne que l'univers lui-même, mais une nouvelle étude permet de clarifier ce paradoxe. Des recherches antérieures ont estimé que "l'étoile Matusalem" remonte à 16 milliards d'années. Cette datation est problématique car la plupart des scientifiques pensent que le Big Bang, l'événement qui a conduit à la conception de l'Univers, a eu lieu il y a environ 13,8 milliards d'années. Récemment, une équipe d'astronomes a calculé un nouvel âge pour l'étoile Matusalem, en utilisant des informations sur la distance, la lueur, la composition et la structure de cette étoile.
"En utilisant tous ces ingrédients, nous sommes à l'âge de 14,5 milliards d'années, avec une incertitude qui rend l'âge de l'étoile compatible avec l'âge de l'univers", a commenté Howard Bond, spécialiste de l'Université d'État de Pennsylvanie et auteur principal. de la nouvelle recherche.
L'incertitude de Bond est de plus de 800 millions d'années, ce qui signifie que l'étoile pourrait avoir 13,7 milliards d'années, soit un peu plus jeune que l'univers. Bond et son équipe de scientifiques ont étudié l'étoile Matusalem, connue sous le nom de HD 140283, à l'aide du télescope spatial Hubble. L'étoile est connue depuis plus de 100 ans car elle traverse le ciel à très grande vitesse. “Matusalem” parcourt 1,3 million de kilomètres par heure et couvre une distance égale à la largeur de la pleine lune tous les 1 500 ans. Les chercheurs disent qu'en étudiant à plusieurs reprises cette étoile pourrait obtenir un âge plus précis, déclarant sans ambiguïté que HD 140283 n'est plus "vieux" que l'univers.
La nouvelle étude a été publiée dans la revue Astrophysical Journal Letters.
La cosmologie est en crise sur la façon de mesurer l'univers
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Disons que vous avez un bébé. Peut-être que vous le faites vraiment, peut-être que non. Mais Dan Scolnic, cosmologue à l'Université de Chicago, en a un, et c'est peut-être pourquoi un bébé hypothétique l'aide à expliquer l'univers. Si vous emmenez ce bébé chez le médecin, ce médecin pèsera et mesurera le bébé, tracera ces points sur une courbe de croissance et prédira quelle sera sa taille plus tard.
"Nous avons en quelque sorte la même situation maintenant avec la mesure de l'univers", explique Scolnic, qui commencera un poste de professeur à Duke le mois prochain. Les scientifiques ont une excellente image de ce à quoi ressemblait l'univers quand il était bébé. Ils ont aussi un de ce à quoi il ressemble tous grandi, aujourd'hui. Et comme pour la courbe de croissance du médecin, une courbe – suivant la physique telle que nous la connaissons – devrait relier les deux clairement.
« Vous devriez être en mesure d'intégrer l'image du bébé de cet univers, de retracer notre cosmologie standard et de voir notre univers aujourd'hui, si tout s'est bien passé », explique Scolnic. Mais ce n'est pas ce qui se passe. « Quelque chose », dit Scolnic, « ne va pas bien. »
Les cosmologistes ne savent pas exactement ce qu'est ce quelque chose. Peut-être qu'ils se trompent dans leur mesure ou leur analyse de l'univers des bébés. Ou de son état actuel.
Ce sont les options ennuyeuses, cependant. "L'autre", dit Scolnic, "est que notre modèle standard de cosmologie n'est pas correct." En d'autres termes, la façon dont les humains pensent aux premières années, à la maturation et au destin de l'univers pourrait être erronée d'une manière ou d'une autre.
Au cours des dernières années, des scientifiques comme Scolnic ont enquêté sur ces deux premiers malentendus hypothétiques. Ils ont réduit leurs barres d'erreur, durci leurs méthodes, ré-analysé les résultats de leurs concurrents et collègues et collecté des données plus précises et plus volumineuses. Néanmoins, l'écart persiste.
Scolnic appelle ce moment « l'ère de la cosmologie de la tension ». D'autres appellent cela simplement une crise.
Pour ceux qui n'étudient pas l'origine et l'évolution de l'univers, cela sonne comme une mauvaise chose. Pour les cosmologistes, c'est le contraire. Se tromper, c'est apprendre que l'univers est plus intéressant qu'ils ne le pensaient. "Nous sommes sur le point d'être la chose la plus cool de tous les temps", déclare Scolnic.
Un chiffre nous a conduit à ladite cuspide. Ce nombre s'appelle la constante de Hubble, et c'est la vitesse à laquelle l'univers s'étend aujourd'hui (pas aujourd'hui comme « mardi » mais aujourd'hui comme « en ce moment cosmique »). La constante de Hubble est une bête insaisissable, même pour la cosmologie, une sorte de cerf blanc parmi les cerfs blancs.
Les astronomes ont mis au point plusieurs façons d'estimer sa valeur, et c'est le conflit entre leurs résultats qui cause le problème. Une méthode commence par l'image du bébé de l'univers - une carte du soi-disant «fond de micro-ondes cosmique», ou le rayonnement résiduel du Big Bang. À partir de cette image, les astronomes intègrent ce qu'ils (pensent) savoir sur l'énergie noire, la matière noire, la matière ordinaire et la gravité dans un modèle. Il en ressort un état actuel de l'univers et une prédiction de la constante de Hubble. Plus récemment, les astronomes l'ont fait en utilisant les données de fond micro-ondes cosmiques du télescope Planck, un observatoire spatial qui a été mis hors service en 2013.
Une autre méthode utilise l'« échelle de distance cosmique ». Les astronomes déterminent à quelle distance se trouvent les objets et à quelle vitesse ils se déplacent encore plus loin, en partant d'ici (ish) et en s'étendant vers l'extérieur. Ils calculent les distances aux étoiles proches, et d'elles aux étoiles plus éloignées dans d'autres galaxies, et d'elles aux supernovae dans les galaxies encore plus éloignées. Ils mesurent leur éloignement de nous, fournissant une autre estimation de la constante de Hubble.
Scolnic faisait partie d'une grande équipe appelée SH0ES qui utilisait la méthode du ladder. Son estimation de Hubble est en désaccord avec Planck's. Regardez : la crise.
Mais récemment, Scolnic et une équipe ont essayé une nouvelle méthode : le inverse échelle de distance cosmique. Au lieu d'échafauder les distances du système solaire de plus en plus loin, cette approche utilise les caractéristiques du fond diffus cosmologique (l'image du bébé) pour commencer à échafauder les distances de plus en plus près de nous. En avançant dans le temps, les scientifiques utilisent des informations sur la répartition des galaxies dans l'univers et, comme avec SH0ES, des données de supernova. Cela est venu, cette fois, du Dark Energy Survey, qui vise à observer des milliers de supernovae et des centaines de millions de galaxies pour comprendre à quoi a ressemblé l'énergie noire au cours de l'histoire de l'univers. Cette estimation constante de Hubble correspondait à celle de Planck. « C'est un peu fou à quel point cela s'accorde », déclare Edward MacCauley, le chercheur principal.
Cet accord ne rend pas Planck et l'inverse plus susceptibles d'avoir raison. "Dans ces deux méthodes - les échelles de distance avant et arrière - les supernovae sont utilisées comme "intermédiaire"", explique Scolnic. "Donc, si les supernovae sont heureuses d'être d'accord avec l'un ou l'autre côté, cela signifie que le problème ne vient pas de l'intermédiaire." C'est quelque chose qui se passe à une extrémité. "If our model is wrong, it has to be something about how we understand the universe today, or how we understand the universe as a baby," he says.
Having been on both sides, Scolnic senses this tension personally. “I feel very much in the middle,” says Scolnic, “and it has caused many sleepless nights.”
The sleeplessness—and the gravity with which cosmologists imbue this problem—has grown recently. Until a few years ago, says MacCauley, “the uncertainties were large enough that not everybody was worried about it.” The error bars on each side's measurements essentially overlapped, meaning their calculations could theoretically have matched.
Maybe there was some systematic problem—from inside the instruments that do the measuring, or inside the analysis of either side. But rivals did independent analyses of each other’s work, supernova calculations became more precise, and Planck took the best baby picture ever. And still the two Hubble constants stood firmly apart.
Which means it’s looking more and more like the problem isn’t with the data itself, or the people digging around in it, but with our model of the universe. “The possibility that this is not due to some new physics is getting smaller,” says Silvia Galli, who helped lead the Planck analysis.
To Scolnic, that’s not surprising. “We all agree that we don’t understand around 95 percent of the universe,” he says, referring to the fact that the cosmos is almost entirely dark matter and dark energy, which have the word "dark" in front of them because we don't know what they are. Given that we can only grasp the cosmic contents at the 5% (F-) level, it’s kind of ridiculous to think the standard model of cosmology is totally right.
But how it could be wrong remains up in the air. Every night, astronomers post new ideas to arXiv, the open access publishing site. Cosmologists, in particular, use arXiv to engage in timely back-and-forths that formal journals don't permit. "We’re just holding on for dear life, trying to keep up with what’s coming out," says Scolnic. And trying to figure out why the Hubble constant calculations don't match, where they've gone wrong, where they go from here, and how our conception of the universe might change from that new vantage point.
Something big may be about to happen to cosmology. It's easy to see where the cosmologists are coming from, in their glee at the possibility that they've been wrong about the cosmos. Which makes sense: Who wouldn't like to live in a universe that's more interesting than weɽ thought?
Does space have a shape?
Optical telescopes let us examine objects within the visible light spectrum but are relatively weak tools. That’s because the light from distant galaxies can intercept clouds of particles and other bodies before reaching Earth. Other devices can measure wavelengths that fall well outside the visible spectrum. Many of the recent studies in cosmology focus on the cosmic microwave background (CMB). The CMB is radiation that the universe generated when it was only 380,000 years old [source: Luminet]. By studying this radiation, cosmologists can draw conclusions about what the universe was like shortly after it began.
En utilisant le Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), scientists made an interesting discovery about the CMB. They found that the variation in radiation wavelengths of the CMB stops at a certain point. In an infinite, unbounded universe, there would be no limit to the size of wavelengths. We would expect to see variation and frequencies at all sizes. It’s only in a finite universe or a very specialized infinite one that we’d expect to see a definitive cap on wavelengths.
As for expansion, cosmologists call the ratio of the amount of matter in the universe and the amount needed to stop expansion the density parameter. A density parameter greater than 1 would mean a closed universe -- there is more mass in the universe that would be needed to reverse expansion. A density parameter of 1 would mean a flat universe in which expansion slows but never truly stops. And a density parameter between 0 and 1 would mean an open universe that would continue expanding forever.
But we don’t know how much matter really is in the universe. The amount we can detect is relatively small -- 5 percent of the matter needed to reverse expansion. But there appears to be matter that we can’t see at all. Cosmologists have noticed that stars move in an odd way -- they behave as if there is more matter exerting a gravitational influence on them than we can detect. Some cosmologists theorize that this means there is a kind of matter we can’t see at all, called matière noire.
But is there enough dark matter to cause a big crunch? That is, is there enough matter in the universe to make up the balance and push the ratio to a 1 or higher? While cosmologists believe there is far more dark matter in the universe than observable matter, they estimate the combination of both visible and dark matter still only comes to about 30 percent of the amount needed to reverse expansion [Source: String Theory Web Site].
While we don’t know what the definitive shape of space is right now, research continues to bring us new information every day. And if space has boundaries, what lies beyond them? We don’t know, and we may not be capable of knowing.
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In harmonics, a plucked string produces a sound with a wavelength twice the length of the string. You couldn’t produce a sound with a wavelength longer than that. In space terms, the absence of longer radiation wavelengths leads some cosmologists to believe that the universe has a finite boundary.