Constante de Hubble - Définition

Définition

La constante de Hubble (H₀) est le nom donné en cosmologie, à la constante de proportionnalité existant aujourd'hui entre distance et vitesse de récession apparente des galaxies dans l'univers observable. Elle est donc reliée à la fameuse Loi de Hubble décrivant l'expansion de l'univers. Elle donne le taux d'expansion actuel de l'univers. Son nom a été donné en l'honneur de l'astronome américain Edwin Hubble qui a été le premier à la mettre clairement en évidence en 1929 grâce à ses observations effectuées à l'observatoire du Mont Wilson. L'unité SI de la constante de Hubble est s^-1, mais il est d'usage de l'exprimer en (km/s)/Mpc.

Bien que dénommée « constante », ce paramètre cosmologique varie en fonction du temps. Il décrit donc le taux d'expansion de l'univers à un instant donné.

Mesure de la constante de Hubble

La valeur de la constante de Hubble est estimée à partir de la mesure de deux paramètres concernant des objets lointains. D'une part, le décalage vers le rouge (redshift) permet de connaître la vitesse à laquelle des galaxies lointaines s'éloignent de nous (à grande distance on peut négliger le mouvement propre). D'autre part on mesure la distance de ces galaxies. Cette deuxième mesure est délicate à réaliser ce qui cause de grandes incertitudes sur la valeur de la constante de Hubble. Pendant la majeure partie de la seconde moitié du XXème siècle H₀ était estimé entre 50 et 90 (km/s)/Mpc.

Le modèle ΛCDM

Les mesures récentes de la constante de Hubble reposent sur différentes versions du modèle cosmologique ΛCDM qui, combiné à des données d'observation sur des amas de galaxies lointains en rayons X et micro-ondes (à l'aide de effet Sunyaev-Zel'dovich), à des mesures d'anisotropie du fond diffus cosmologique et à des observations optiques, permet d'obtenir des estimations relativement précises de la constante de Hubble. Ces différentes méthodes convergent toutes vers une valeur autour de 73 (km/s)/Mpc pour la constante de Hubble.

Données du télescope spatial Hubble

Un groupe de recherche a utilisé le télescope spatial Hubble pour établir la valeur de la constante de Hubble la plus précise dans le domaine optique, en mai 2001. Celle-ci est égale à 72 ± 8 (km/s)/Mpc.

La méthode utilisée comporte deux étapes. Tout d'abord, des mesures très précises du télescope spatial sur des céphéides permettent de déterminer la distance de nombreuses galaxies dans un rayon de 30 Mpc. Les céphéides étant de simples étoiles elles ne peuvent pas être observées à de très grandes distances, en tout cas pas à des distances adaptées à une mesure de H₀. Dans une deuxième étape les données précédentes sont utilisées pour calibrer des mesures de distances sur des galaxies beaucoup plus lointaines (dans un rayon de 400 Mpc), obtenues par des méthodes différentes :

• mesure de luminosité de supernovae;
• mesure de la luminosité globale de galaxies spirales et mise en rapport avec leur vitesse de rotation (loi de Tully-Fisher);
• mesure de la luminosité globale de galaxies elliptiques et mise en rapport avec leur vitesse de dispersion (utilisation du plan fondamental pour la mesure de distances);
• etc.

C'est finalement la distance de ces galaxies très lointaines, et la mesure de leur vitesse d'échappement (que l'on considère à cette échelle uniquement due à l'expansion de l'univers) par la méthode du redshift qui donne une valeur approximative de H₀.

Données du satellite WMAP

Les estimations les plus précises faites à partir de mesures sur le fond diffus cosmologique ont été obtenues grâce aux données du satellite WMAP et donnent plusieurs valeurs :

• 71 ± 4 (km/s)/Mpc. A partir des données de 2003, un an après mise en service du satellite.
• 70,4^+1.5_−1.6 (km/s)/Mpc. Données de 2006 après 3 ans d'exploitation.
• Finalement les mesures les plus récentes, en 2008, donnent une valeur de 71,9^+2.6_−2.7 (km/s)/Mpc.

Ces valeurs sont obtenues en mettant en rapport les données WMAP avec d'autres données cosmologiques dans une version simplifiée du modèle ΛCDM. Des versions affinées du modèle tendent vers une valeur de H₀ plus faible, mais avec des incertitudes plus grandes : typiquement autour de 67 ± 4 (km/s)/Mpc et certains modèles prévoient même des valeurs proches de 63 (km/s)/Mpc.

Données du télescope à rayons X Chandra

En août 2006, une équipe de la NASA, utilisant les données du télescope spatial Chandra, a évalué la constante de Hubble à 77 (km/s)/Mpc, avec une incertitude de 15%.