La détermination de l’âge d’amas globulaires comme M92 pourrait mettre fin au débat cosmologique de longue date sur l’âge de l’univers. (Avec Trustmyscience).

L’analyse de l’amas globulaire suggère que cet amas d’étoiles dans notre galaxie a entre 13,1 et 14,5 milliards d’années, ce qui est remarquablement proche de l’âge estimé de l’univers, mettant alors en question l âge réel de ce dernier. 

Les amas globulaires sont des amas d’étoiles extrêmement denses qui peuvent contenir des centaines de milliers d’étoiles allant de 20 années-lumière à des centaines d’années-lumière de diamètre. Notre galaxie compte environ 150 amas globulaires en orbite autour de son centre. On pense que ces amas contiennent certaines des étoiles les plus anciennes de la galaxie de la Voie lactée. La rareté des éléments qui composent ces étoiles (géantes rouges) montre qu’elles se sont formées peu après le Big Bang et sont donc des éléments de recherche indispensables pour comprendre l’évolution de l’univers. 

Pour évaluer l’âge des étoiles ou des amas, les astronomes se basent généralement sur plusieurs méthodes. L’une d’entre elles consiste à s’appuyer sur les différences de masse. Les étoiles les plus massives consomment plus rapidement leur hydrogène et se mettent à gonfler puis à exploser, tandis que les moins massives ont une durée de vie beaucoup plus étendue. Cependant, le moment exact où se produit chaque étape du cycle de vie d’une étoile constitue une énigme bien plus complexe.

Pour déterminer plus précisément l’âge des étoiles et des amas d’étoiles, les astronomes utilisent le diagramme de Hertzsprung-Russell. Ce diagramme consiste à suivre la température en fonction de la luminosité. Les courbes résultantes donnent une chronologie des étapes du cycle de vie de chaque étoile. La détermination du nombre d’étoiles qui ont vieilli simultanément au sein de l’amas révèle la date de naissance de l’ensemble de l’amas. Ce diagramme a aidé les astronomes à comprendre que les étoiles de l’amas globulaire ont toutes à peu près le même âge.

Cependant, cette méthode manque de précision et n’est facilement applicable qu’aux amas globulaires ou aux étoiles solitaires. Les astronomes du Dartmouth College proposent désormais des mesures plus précises pour déterminer l’âge de M92, notamment en tenant compte de la fameuse constante de Hubble, le taux d’expansion de l’univers. Leurs résultats indiquent qu’ils sont proches de l’âge estimé de l’univers. 

« Cela nous aide à fixer la limite inférieure de l’âge de l’Univers. Nous ne nous attendons pas à ce que M92 soit né avant l’Univers », indique le chercheur de Dartmouth et auteur principal de l’étude, Martin Ying. Son collègue, Mike Boylan-Kolchin de l’Université du Texas à Austin, ajoute : « Si l’on prend la constante de Hubble au sérieux, alors il faut aussi dire que nous ne connaissons pas très bien l’âge de l’Univers ».

D’après des découvertes datant des années 1990, l’Univers s’étend selon une vitesse croissante, une accélération induite par l’énergie noire. Mais les récentes mesures de ce taux d’expansion (la constante de Hubble) indiquent des chiffres contradictoires. Certains experts estiment même que cette expansion pourrait n’être qu’une illusion. Selon Ying et ses collègues, la seule façon d’établir définitivement cette constante serait d’accepter que l’Univers puisse avoir un âge différent de celui précédemment estimé.

« La tension de Hubble elle-même est un problème vraiment difficile à résoudre. Cette mesure seule n’est pas assez précise pour trancher le débat. Mais plus nous avons de types de contraintes, mieux c’est », explique une experte extérieure commentant l’étude, Wendy Freedman de l’Université de Chicago.

À savoir qu’avant les mesures basées sur la première lumière émise après le Big Bang, les âges des amas globulaires étaient les meilleurs moyens d’évaluer celui de l’Univers. Toutefois, cette méthode a été laissée de côté depuis un moment. Néanmoins, les avancées en matière de modélisation informatique peuvent désormais conférer plus de précision à cette méthode.

Les chercheurs de la nouvelle étude réinventent la méthode dans ce sens, en évaluant l’âge de M92, un amas globulaire orbitant autour du centre de notre galaxie et distant d’environ 27 000 années-lumière de la Terre. Pour ce faire, un ensemble de 20 000 populations stellaires de différents âges de cluster a été modélisé.

En effet, l’âge de cet amas a déjà été estimé antérieurement. Mais la plupart des calculs étaient basés sur une modélisation unique de population d’étoiles et utilisaient des techniques d’évaluation relativement indépendantes de leur distance et de leur « décalage vers le rouge ». Dans le cadre de la nouvelle étude, en prépublication sur arXiv, les chercheurs ont modélisé des ensembles tenant compte d’une large gamme de paramètres physiques, tels que l’opacité, le taux de réaction nucléaire, l’abondance d’hélium et les mouvements de convection. En outre, les variations de distance et de décalage vers le rouge, ainsi que la métallicité globale (la fraction de la masse qui n’est pas constituée d’hydrogène ou d’hélium) ont également été pris en compte.

Bruno Mariotti