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Des Céphéides pour mieux mesurer l'expansion de l'Univers

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Depuis 1929, on sait que l'Univers est en expansion. La relation existant entre la vitesse de récession des galaxies lointaines et la distance qui nous en sépare est connue sous le nom de Loi de Hubble, du nom de son découvreur, Edwin Hubble. Mais la vitesse de cette expansion divise les astronomes depuis des décennies, et sa mesure se heurte à la mesure très précise de distances énormes, jusqu'à plusieurs milliards d'années-lumière.

L'amas de galaxies Abell, photographié par Hubble.

C'est là qu'interviennent les Céphéides. Ces étoiles jeunes et hypermassives présentent toutes une caractéristique qui leur est commune: leur éclat varie régulièrement selon une fréquence directement proportionnelle à leur luminosité intrinsèque. Plus elles sont brillantes, plus la période est longue, généralement de 5 à 60 jours, quelquefois plus.

Ces étoiles sont en effet affectées d'un déséquilibre auto-entretenu entre leur propre force de gravitation et la pression de radiation qui émane de leur centre, une espèce de mouvement de balancier qui les fait alternativement se contracter puis se dilater, et qui engendre une variation périodique de luminosité. La durée d'un cycle équivaut à la durée de propagation d'une onde pour se propager du centre vers la surface, et retour, ce qui explique la corrélation constatée entre la période de pulsation de l'étoile et son éclat.

Dès lors, il est aisé de déterminer la distance d'une Céphéide par rapport à la Terre. Il suffit pour cela de mesurer sa période de variation, et d'en déduire l'éclat intrinsèque. La comparaison entre ce dernier et la luminosité apparente depuis l'observateur indiquera la distance réelle de l'astre.

Mais l'utilisation de Céphéides pour mesurer, non plus leur seule distance, mais les subtiles variations de celle-ci, exigeaient une connaissance de base nécessaire afin de réétalonner très précisément les paramètres de l'équation. Et c'est là qu'est intervenu le télescope spatial Hubble.

Pendant deux ans, une équipe de chercheurs conduite par Fritz Benedict et Barbara McArthur, de l'université du Texas, à Austin (États-Unis), a observé une dizaine de Céphéides de notre Voie Lactée afin d'en mesurer la distance exacte par rapport à la Terre. Pour cela, ils ont fait appel à un phénomène de parallaxe qui entraîne l'étoile à décrire un cercle minuscule sur le fond du ciel suite à la rotation de notre planète autour du Soleil, l'amplitude de ce déplacement apparent étant inversement proportionnel à la distance qui nous en sépare.

Cette observation relevait véritablement de l'exploit, si l'on considère que ce cercle minuscule présente approximativement le diamètre d'une pièce d'un euro située à une distance de 2500 kilomètres. Cette valeur connue, déterminer la relation entre la période d'oscillation et la luminosité de chacune des Céphéides observées relevait des mathématiques élémentaires et dorénavant, se réjouit Fritz Benedict, "nous pouvons calculer avec une précision sans précédent la distance qui nous sépare de chaque galaxie contenant au moins une Céphéide", tandis que sa collègue Barbara McArthur annonce que cela permettra d'accroître dans les mêmes proportions la précision de la mesure de la vitesse de récession des objets lointains.

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