🔭 astrophysics

"SNe Ia twins" in the Hubble flow, and the determination of H0

En utilisant la méthode des « jumeaux » de supernovae de type Ia dans le flux de Hubble, cette étude détermine une constante de Hubble de 72,38 km s⁻¹ Mpc⁻¹, confirmant ainsi l'existence réelle de la tension de Hubble.

Auteurs originaux : Pilar Ruiz-Lapuente, Antonio Quintana-Estellés, Jonay I. González Hernández, Andrea Pastorello

Publié 2026-04-22

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : Pilar Ruiz-Lapuente, Antonio Quintana-Estellés, Jonay I. González Hernández, Andrea Pastorello

Article original sous licence CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

🌌 Le Grand Débat de l'Univers : Qui a tort ?

Imaginez que vous essayez de mesurer la vitesse à laquelle une voiture s'éloigne de vous. Vous avez deux méthodes pour le faire :

La méthode "GPS" (Le fond diffus cosmologique) : Vous regardez les traces laissées par la naissance de l'univers il y a 13 milliards d'années. Cela vous dit que la voiture va à 67 km/h.
La méthode "Jauge de vitesse" (Les supernovae) : Vous regardez la voiture en direct aujourd'hui, en utilisant des repères connus (des étoiles spéciales). Cela vous dit qu'elle va à 73 km/h.

C'est ce qu'on appelle la "Tension de Hubble". C'est comme si deux experts en mécanique donnaient des résultats totalement différents pour la même voiture. L'un des deux doit se tromper, ou alors il manque quelque chose dans notre compréhension de la physique !

🎭 La Solution : Les "Jumeaux" Cosmiques

Les auteurs de cet article (une équipe d'astronomes espagnols et italiens) ont décidé de trancher ce débat avec une approche très intelligente : les jumeaux.

Imaginez que vous avez deux jumeaux, Pierre et Paul.

Pierre vit dans votre quartier (c'est une supernova proche, qu'on appelle "ancrage"). On connaît sa taille exacte et sa distance grâce à d'autres mesures très précises.
Paul vit à l'autre bout du pays (c'est une supernova lointaine dans le "flux de Hubble").

Normalement, si vous voyez Paul de loin, il a l'air plus petit et plus rouge à cause de la poussière dans l'air. Mais si vous savez que Pierre et Paul sont des jumeaux identiques (mêmes vêtements, même taille, même visage), vous pouvez comparer leurs photos.

En comparant la lumière de Pierre (proche) et de Paul (loin), les astronomes peuvent dire : "Ah ! Paul n'est pas plus petit, il est juste plus loin. Et cette couleur rouge ? Ce n'est pas sa peau, c'est juste de la poussière sur la route."

Cette méthode, appelée "SNe Ia twins" (Supernovae de type Ia jumeaux), permet de mesurer la distance de Paul avec une précision incroyable, sans avoir besoin de faire un long calcul complexe avec des échelles intermédiaires. C'est un saut direct du quartier à l'autre bout du pays.

🔍 Ce qu'ils ont découvert

En utilisant cette méthode de "jumeaux" sur 12 supernovae lointaines, voici ce qu'ils ont trouvé :

La tension est réelle : La vitesse de l'univers est bien d'environ 72,4 km/s par mégaparsec. C'est proche de la méthode "Jauge de vitesse" (73) et loin de la méthode "GPS" (67). Donc, le problème est bien réel, ce n'est pas une erreur de calcul.
Le problème des "mauvaises lunettes" : Ils ont remarqué que certaines mesures précédentes (celles des grands projets comme Pantheon+) avaient des erreurs. C'est comme si certains astronomes portaient des lunettes sales ou mal réglées. Ils n'avaient pas bien compté la poussière (la "rougeur") sur le chemin de la lumière. Cela faussait leurs calculs de distance, donnant des résultats bizarres pour certaines supernovae.
La validation : En corrigeant ces erreurs de "lunettes", leurs résultats s'alignent parfaitement avec la moyenne des meilleures mesures actuelles.

🏗️ L'Analogie du Pont

Pour bien comprendre, imaginez que vous devez construire un pont pour traverser une rivière (mesurer la distance de l'univers).

L'ancienne méthode (3 échelons) : Vous posez une planche (1er échelon), puis une autre (2ème), puis une troisième (3ème) pour atteindre l'autre bord. Si une planche est pourrie (une erreur de mesure sur une galaxie proche), tout le pont penche.
La méthode des Jumeaux : Vous prenez un fil à plomb. Vous le laissez tomber de la rive proche jusqu'à la rive lointaine en une seule fois. C'est plus direct et moins sujet aux erreurs d'accumulation.

🎯 La Conclusion en une phrase

Les astronomes ont utilisé des "jumeaux cosmiques" pour mesurer l'univers directement, ont corrigé les erreurs de poussière des anciennes mesures, et ont confirmé que l'univers s'expansionne plus vite que ce que la théorie du Big Bang ne le prédit.

C'est une preuve solide que notre compréhension de l'univers est incomplète et qu'il nous manque peut-être une nouvelle loi de la physique pour expliquer pourquoi l'univers court si vite ! 🚀

1. Le Problème : La Tension de Hubble

L'article aborde l'un des problèmes les plus pressants de la cosmologie moderne : la tension de Hubble. Il existe une divergence significative et persistante entre la valeur de la constante de Hubble ( $H_0$ ) déduite du fond diffus cosmologique (CMB) par la collaboration Planck ( $67,4 \pm 0,5$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ ) et celle mesurée localement via l'échelle des distances cosmiques calibrée par les céphéides (méthode SH0ES, donnant environ $73,3 \pm 0,9$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ ).

Bien que de nouvelles méthodes (TRGB, étoiles JAGB, fluctuations de brillance de surface) aient été proposées pour trancher, des incohérences subsistent, notamment au niveau de la calibration des supernovae de type Ia (SNe Ia) dans le flux de Hubble. Les auteurs soulignent que les compilations actuelles (Pantheon+, CCHP) peuvent contenir des valeurs individuelles inexactes dues à une sous-estimation de l'extinction par la poussière ou à des paramètres de courbes de lumière mal définis.

2. Méthodologie : La Méthode des "Jumeaux" de SNe Ia

Les auteurs proposent une approche directe pour déterminer les distances et $H_0$ , évitant les biais potentiels des méthodes à trois échelons (rungs) traditionnelles en utilisant une seule étape entre les galaxies proches et le flux de Hubble.

Concept des "Jumeaux" (Twins) : La méthode repose sur l'identification de paires de SNe Ia qui sont non seulement de même type spectral et de même taux de déclin (stretch), mais qui possèdent des caractéristiques spectrales identiques tout au long de leur vie ("SNe Ia twins for life"). Cela inclut des largeurs équivalentes pseudo (pWs) très similaires pour les lignes d'absorption clés (ex: Si II $\lambda$ 5972 et $\lambda$ 6355).
Ancres (Calibrateurs) : L'étalonnage repose sur quatre galaxies hôtes proches où les mesures de distance convergent entre les collaborations SH0ES (céphéides) et CCHP (TRGB ou JAGB) :
- M101 (ancrage pour SN 2011fe et ses jumeaux).
- NGC 5643 (ancrage pour SN 2013aa/SN 2017cbv).
- NGC 7250 (ancrage pour SN 2013dy).
- M66 (ancrage pour SN 1989B, sous-type "Broad Line").
Analyse Spectrale et MCMC : Les auteurs comparent les spectres des SNe Ia du flux de Hubble ( $z > 0,015$ $z > 0, 015$ ) avec ceux de leurs jumeaux proches. Ils utilisent une chaîne de Markov Monte Carlo (MCMC) pour optimiser la vraisemblance entre les flux observés et les spectres de référence.
- Cette méthode permet de déterminer simultanément le module de distance et la reddening relative ( $\Delta E(B-V)$ ) entre les deux supernovae.
- L'erreur interne estimée sur la magnitude est de l'ordre de $0,04 $à$ 0,055$ mag.
Calcul de $H_0$ : Une fois la distance $D$ déterminée, $H_0$ est calculé en utilisant le décalage vers le rouge cosmologique, en tenant compte des corrections de vitesse particulière et des termes d'expansion d'ordre supérieur ( $q_0, j_0$ ).

3. Contributions Clés

Validation de la méthode à trois échelons : En comparant leurs résultats directs avec ceux de Pantheon+ et du CCHP, les auteurs valident la cohérence globale de la méthode traditionnelle, tout en identifiant des cas individuels problématiques.
Identification des erreurs systématiques : L'étude révèle que certaines valeurs aberrantes de $H_0$ dans les compilations existantes proviennent d'une sous-estimation de l'extinction (couleur $c$ trop faible dans SALT2 ou correction BV insuffisante dans CCHP) pour des SNe Ia fortement rougis (ex: SN 2007A, SN 2007ca).
Convergence des ancrages : L'utilisation simultanée d'ancres calibrées par les céphéides (SH0ES) et par les étoiles JAGB (CCHP) pour les mêmes galaxies (NGC 7250, NGC 5643) permet de vérifier la robustesse du résultat final indépendamment de la méthode d'étalonnage locale.
Extension aux sous-types Broad Line : Pour la première fois, la méthode des jumeaux est appliquée avec succès au sous-type "Broad Line" (BL) en utilisant SN 1989B comme référence, élargissant ainsi l'échantillon de SNe Ia utilisables.

4. Résultats Principaux

L'échantillon final comprend 12 SNe Ia dans le flux de Hubble, soigneusement sélectionnés et appariés à leurs jumeaux proches.

Valeurs de $H_0$ obtenues :
- Ancré sur les Céphéides (SH0ES) : $H_0 = 72,56 \pm 1,54$ (stat) $\pm 1,33$ (sys) km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ .
- Ancré sur les étoiles JAGB (CCHP) : $H_0 = 72,20 \pm 1,53$ (stat) $\pm 1,33$ (sys) km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ .
- Valeur moyenne pondérée : $H_0 = 72,38 \pm 1,54$ (stat) $\pm 1,33$ (sys) km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ .
Diagramme de Hubble : Le diagramme de Hubble construit à partir de ces distances montre une intercepte correspondant à $H_0 \approx 72,79 \pm 0,78$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ .
Incompatibilité avec le CMB : La valeur obtenue ( $\sim 72,4$ ) est incompatible avec la valeur de Planck ($67,4$) à un niveau de confiance très élevé, confirmant que la tension de Hubble est réelle et ne semble pas être un artefact de la méthode de calibration.
Précision des distances : La méthode permet de passer d'une distance de $\sim 6,8$ Mpc (M101) à $\sim 270$ Mpc en une seule étape, avec une précision supérieure à celle des méthodes basées uniquement sur les courbes de lumière pour les objets fortement rougis.

5. Signification et Conclusion

Ce travail confirme la réalité de la tension de Hubble. En utilisant une méthode basée sur la spectroscopie comparative de "jumeaux" de SNe Ia, les auteurs contournent les limitations des paramétrisations de courbes de lumière (SALT2, CSP) qui échouent parfois à corriger correctement l'extinction pour les supernovae très rougies.

Les résultats démontrent que :

La tension entre les mesures locales et le CMB est robuste et persiste même avec des ancrages indépendants (Céphéides vs JAGB).
Les erreurs individuelles dans les compilations existantes (Pantheon+, CCHP) sont souvent dues à une mauvaise modélisation de la couleur et de l'extinction, affectant les points individuels mais pas nécessairement la moyenne globale (bien que cela fausse la détermination des flux de masse cosmique).
La méthode des jumeaux spectraux offre une voie prometteuse pour affiner les distances individuelles et résoudre les incohérences résiduelles dans l'échelle des distances cosmiques.

En conclusion, l'article soutient que la nécessité de nouvelle physique au-delà du modèle $\Lambda$ CDM pour résoudre cette tension est toujours d'actualité, car les mesures locales, même avec des méthodes alternatives et rigoureuses, convergent vers une valeur de $H_0$ nettement supérieure à celle prédite par le modèle standard basé sur le CMB.