R Leporis, cette étoile rouge orangé brillante capturée ici est un exemple du type d’étoiles situées dans la branche asymptotique des géantes qui intéressent les astronomes de l’université de Chicago (États-Unis). La couleur frappante vient de la grande quantité de carbone dans son atmosphère. © Université de Chicago
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Des étoiles vieillissantes fournissent un nouveau critère cosmologique

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[EN VIDÉO] Comment évoluent les étoiles ?  Les étoiles naissent, vivent et meurent. Leur histoire est déterminée par leur masse initiale, laquelle décide des réactions thermonucléaires qui s'y produiront et des types de noyaux qu'elles synthétiseront avant de finir leur vie sous forme de naines blanches, d'étoiles à neutrons ou de trous noirs. 

À quelle vitesse notre Univers grandit-il ? Un siècle que les astronomes se posent la question. Et ils n'arrivent toujours pas à tomber d'accord. Mais une nouvelle méthode de mesure des distances pourrait les aider à conclure enfin.

La constante de Hubble, c'est celle qui fait le lien entre la distance qui nous sépare des galaxies et la vitesse de récession apparente des galaxies dans l'Univers observable. Elle traduit ainsi le taux d'expansion de l’Univers. Et régulièrement depuis un siècle, sa valeur est remesurée, recalculée, rediscutée. Les astronomes ne parviennent pas à trouver un accord.

Des astronomes de l’université de Chicago (États-Unis) espèrent aujourd'hui résoudre le problème en se tournant vers un type bien précis d'étoiles vieillissantes pour mesurer avec exactitude, les distances cosmologiques. Des étoiles qui se trouvent dans la branche asymptotique des géantes -- en anglais, asymptotic giant branch ou AGB -- et dont l'atmosphère contient une grande quantité de carbone -- de type J -- que des courants de convection rapportent vers la surface. Elles présentent ainsi une couleur distincte et une luminosité qui permet de les identifier.

Les chercheurs ont observé que ces étoiles ont une luminosité intrinsèque connue qui en fait des candidats de choix pour devenir ce qu'ils appellent, des bougies standard. Puisque la luminosité apparente d'une étoile dépend de sa luminosité intrinsèque et de la distance qui nous sépare d'elle.

De nouvelles bougies standard

Pour déterminer si la précision de ces bougies serait en mesure d'apporter une réponse au problème de la vitesse à laquelle notre Univers grandit, les astronomes se sont tournés vers une galaxie située à la périphérie du groupe le plus proche, la galaxie Wolf-Lundmark-Melotte (WLM), une galaxie naine irrégulière barrée qui se trouve à quelque 3 millions d'années-lumière de la Voie lactée. Ils lui ont appliqué quatre méthodes de mesure de distances différentes et indépendantes parmi lesquelles donc la méthode dite JAGB.

Leurs conclusions sont les suivantes. La méthode JAGB se révèle tout d'abord moins consommatrice de temps de télescope. Un premier avantage non négligeable. Les étoiles sur lesquelles elle s'appuie sont plus brillantes que les autres, ce qui devrait permettre des étalonnages plus éloignés que ceux permis par d'autres méthodes. Et on trouve ces nouvelles étoiles standard dans toutes les galaxies.

« Nous espérons obtenir du temps d'observation sur le télescope spatial Hubble ou sur le futur télescope spatial James-Webb afin d'utiliser la méthode JAGB pour mesurer les distances des galaxies hébergeant des supernovae de type 1a », précise Abigael Lee, chercheur, dans un communiqué. Les supernovae servent en effet à mesurer les galaxies plus éloignées. Mais elles doivent être étalonnées par des mesures à plus courte distance. « Une fois que nous aurons fait cela, nous pourrons non seulement mesurer la constante de Hubble, mais également comparer les différentes mesures de distance pour identifier un éventuel problème avec l'une ou l'autre. »

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