Des chercheurs de l'University of Illinois Urbana-Champaign et de l'University of Chicago ont développé une approche novatrice pour calculer la constante de Hubble en utilisant les ondes gravitationnelles issues des collisions de trous noirs. Cette technique, connue sous le nom de méthode de la sirène stochastique, analyse le bourdonnement de fond des fusions faibles pour résoudre potentiellement la tension de Hubble. Les résultats, acceptés pour publication dans Physical Review Letters, offrent une précision améliorée avec les données actuelles.
Les astronomes débattent du taux d'expansion de l'univers depuis des décennies, s'appuyant sur la constante de Hubble pour le quantifier. Les mesures issues d'observations du début de l'univers entrent en conflit avec celles d'événements cosmiques plus récents, créant la tension de Hubble, un casse-tête majeur en cosmologie. Une équipe dirigée par l'étudiant diplômé en physique de l'Illinois Bryce Cousins a introduit la méthode de la sirène stochastique, qui étudie le fond d'ondes gravitationnelles produit par d'innombrables fusions de trous noirs non détectées. Ces ondulations dans l'espace-temps, détectées par la Collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, forment un bourdonnement cosmique faible qui révèle les taux de collision à travers l'univers. En liant ces taux au volume observable, la méthode infère la vitesse d'expansion : une constante de Hubble plus faible compresserait les événements dans un espace plus petit, renforçant le signal de fond. En utilisant les données existantes de LIGO-Virgo-KAGRA, les chercheurs ont exclu des taux d'expansion très lents sans détecter directement le fond. En combinant cela avec des données de fusions individuelles, ils ont obtenu une estimation plus précise de la constante de Hubble, alignée sur la plage contestée de la tension. À mesure que les détecteurs s'améliorent, l'approche promet des résultats plus nets ; les scientifiques anticipent la détection du fond dans environ six ans. Nicolás Yunes, professeur de physique à l'Illinois et directeur fondateur de l'Illinois Center for Advanced Studies of the Universe, a déclaré : « Ce résultat est très significatif : il est important d'obtenir une mesure indépendante de la constante de Hubble pour résoudre la tension de Hubble actuelle. Notre méthode est une façon innovante d'améliorer la précision des inférences de la constante de Hubble en utilisant les ondes gravitationnelles. » Daniel Holz, professeur de physique et d'astronomie à l'University of Chicago, a ajouté : « Ce n'est pas tous les jours qu'on invente un outil entièrement nouveau pour la cosmologie. Nous montrons que, en utilisant le bourdonnement de fond des ondes gravitationnelles provenant de fusions de trous noirs dans des galaxies lointaines, nous pouvons en apprendre sur l'âge et la composition de l'univers. C'est une direction passionnante et totalement nouvelle, et nous nous réjouissons d'appliquer nos méthodes à de futurs ensembles de données pour aider à contraindre la constante de Hubble ainsi que d'autres quantités cosmologiques clés. » L'étude a impliqué des collaborateurs incluant Kristen Schumacher, Ka-wai Adrian Chung de l'Illinois, et Colm Talbot et Thomas Callister de Chicago. Le financement est venu de la NSF, de la Simons Foundation, de la NASA et d'autres. L'article est prévu pour le numéro du 11 mars de Physical Review Letters et est disponible sur arXiv.