Edwin Hubble

gigatos | novembre 12, 2021

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Résumé

Edwin Powell Hubble (20 novembre 1889 – 28 septembre 1953) est un astronome américain. Il a joué un rôle crucial dans l »établissement des domaines de l »astronomie extragalactique et de la cosmologie observationnelle.

Hubble a prouvé que de nombreux objets précédemment considérés comme des nuages de poussière et de gaz et classés comme » nébuleuses » étaient en fait des galaxies situées au-delà de la Voie lactée. Il a utilisé la relation directe entre la luminosité et la période de pulsation d »une céphéide classique (découverte en 1908 par Henrietta Swan Leavitt) pour évaluer les distances galactiques et extragalactiques.

Hubble a apporté la preuve que la vitesse de récession d »une galaxie augmente avec sa distance à la Terre, une propriété désormais connue sous le nom de « loi de Hubble », bien qu »elle ait été proposée et démontrée par des observations deux ans plus tôt par Georges Lemaître. La loi de Hubble-Lemaître implique que l »univers est en expansion. Dix ans auparavant, l »astronome américain Vesto Slipher avait fourni la première preuve que la lumière de bon nombre de ces nébuleuses était fortement décalée vers le rouge, ce qui indique des vitesses de récession élevées.

Le nom de Hubble est surtout connu pour le télescope spatial Hubble, qui a été nommé en son honneur, et dont un modèle est exposé dans sa ville natale de Marshfield, dans le Missouri.

Edwin Hubble est né de Virginia Lee Hubble (née James) (1864-1934) et de John Powell Hubble, cadre dans une compagnie d »assurance, à Marshfield, Missouri, et s »installe à Wheaton, Illinois, en 1900. Dans sa jeunesse, il est davantage remarqué pour ses prouesses sportives que pour ses capacités intellectuelles, bien qu »il obtienne de bonnes notes dans toutes les matières, sauf en orthographe. Edwin était un athlète doué, jouant au baseball, au football et à la course à pied au lycée et à l »université. Il jouait à plusieurs postes sur le terrain de basket-ball, du centre à l »arrière. En fait, Hubble a même mené l »équipe de basket-ball de l »université de Chicago à son premier titre de conférence en 1907. Il a remporté sept premières places et une troisième place lors d »une seule rencontre d »athlétisme au lycée en 1906.

Études de premier cycle

Les études de Hubble à l »Université de Chicago se concentrent sur le droit, ce qui lui permet d »obtenir une licence en sciences en 1910. Hubble devient également membre de la fraternité Kappa Sigma. Après avoir obtenu sa licence, il passe trois ans au Queen »s College d »Oxford, où il est l »un des premiers boursiers Rhodes de l »université. Il étudie d »abord la jurisprudence au lieu des sciences (comme promis à son père mourant), puis ajoute la littérature et l »espagnol, et obtient finalement sa maîtrise.

En 1909, le père de Hubble déménagea sa famille de Chicago à Shelbyville, dans le Kentucky, afin que la famille puisse vivre dans une petite ville, et s »installa finalement dans la ville voisine de Louisville. Son père meurt au cours de l »hiver 1913, alors qu »Edwin est encore en Angleterre. L »été suivant, Edwin rentre chez lui pour s »occuper de sa mère, de ses deux sœurs et de son jeune frère, ainsi que de son frère William. La famille déménage une nouvelle fois sur Everett Avenue, dans le quartier Highlands de Louisville, pour accueillir Edwin et William.

Hubble était également un fils dévoué qui, malgré son intérêt intense pour l »astronomie depuis son enfance, acquiesça à la demande de son père d »étudier le droit, d »abord à l »Université de Chicago puis à Oxford. À cette époque, il suit également quelques cours de mathématiques et de sciences. Après la mort de son père en 1913, Edwin revient d »Oxford dans le Midwest mais n »est pas motivé pour pratiquer le droit. Au lieu de cela, il enseigne l »espagnol, la physique et les mathématiques à la New Albany High School de New Albany, dans l »Indiana, où il entraîne également l »équipe de basket-ball des garçons. Après une année d »enseignement au lycée, il entre dans une école supérieure avec l »aide de son ancien professeur de l »université de Chicago pour étudier l »astronomie à l »observatoire Yerkes de l »université, où il obtient son doctorat en 1917. Sa thèse s »intitule « Photographic Investigations of Faint Nebulae ». À Yerkes, il a accès à l »un des télescopes les plus puissants du monde à l »époque, doté d »un réflecteur novateur de 61 cm.

Études doctorales

Après la déclaration de guerre des Etats-Unis à l »Allemagne en 1917, Hubble s »empresse de terminer sa thèse de doctorat afin de pouvoir s »engager dans l »armée. Hubble se porte volontaire pour l »armée américaine et est affecté à la 86e division nouvellement créée, où il sert dans le 2e bataillon du 343e régiment d »infanterie. Il a atteint le grade de major et a été jugé apte au service outre-mer le 9 juillet 1918, mais la 86e division n »a jamais combattu. Après la fin de la Première Guerre mondiale, Hubble passe une année à l »université de Cambridge, où il reprend ses études d »astronomie.

En 1919, George Ellery Hale, fondateur et directeur de l »observatoire du Mont Wilson de la Carnegie Institution for Science, près de Pasadena en Californie, propose à Hubble un poste d »employé. Hubble reste membre du personnel du Mont Wilson jusqu »à sa mort en 1953. Peu avant sa mort, Hubble devint le premier astronome à utiliser le télescope géant Hale à réflecteur de 200 pouces (5,1 m) nouvellement achevé à l »observatoire de Palomar près de San Diego en Californie.

Hubble a également travaillé en tant que civil pour l »armée américaine à Aberdeen Proving Ground dans le Maryland pendant la Seconde Guerre mondiale en tant que chef de la branche de la balistique extérieure du laboratoire de recherche balistique, au cours de laquelle il a dirigé un grand nombre de recherches en balistique extérieure qui ont augmenté la puissance de feu effective des bombes et des projectiles. Son travail a été facilité par le développement personnel de plusieurs éléments d »équipement pour l »instrumentation utilisée en balistique extérieure, le développement le plus remarquable étant la caméra à horloge à haute vitesse, qui a rendu possible l »étude des caractéristiques des bombes et des projectiles à faible vitesse en vol. Les résultats de ses études ont permis d »améliorer considérablement la conception, les performances et l »efficacité militaire des bombes et des fusées. Pour son travail, il a reçu la Légion du mérite.

L »univers va au-delà de la Voie lactée

L »arrivée d »Edwin Hubble à l »Observatoire du Mont Wilson, en Californie, en 1919, coïncide à peu près avec l »achèvement du télescope Hooker de 100 pouces (2,5 m), alors le plus grand du monde. À cette époque, la vision dominante du cosmos était que l »univers était entièrement constitué de la galaxie de la Voie lactée. Grâce au télescope Hooker du Mont Wilson, Hubble a identifié des variables céphéides (un type d »étoile utilisé comme moyen de déterminer la distance de la galaxie – voir aussi bougie standard) dans plusieurs nébuleuses spirales, dont la nébuleuse d »Andromède et le Triangulum. Ses observations, réalisées en 1924, ont prouvé de manière concluante que ces nébuleuses étaient beaucoup trop éloignées pour faire partie de la Voie lactée et qu »il s »agissait, en fait, de galaxies entières situées en dehors de la nôtre, soupçonnées par les chercheurs depuis au moins 1755, date de la parution de l »Histoire générale de la nature et de la théorie des cieux d »Emmanuel Kant. Cette idée avait été combattue par de nombreux membres de l »establishment astronomique de l »époque, en particulier par Harlow Shapley, de l »université de Harvard. Malgré cette opposition, Hubble, alors un scientifique de trente-cinq ans, publia ses découvertes dans le New York Times le 23 novembre 1924, puis les présenta aux autres astronomes lors de la réunion de l »American Astronomical Society le 1er janvier 1925. Les résultats de Hubble concernant Andromède n »ont pas été officiellement publiés dans une revue scientifique à comité de lecture avant 1929.

Les découvertes de Hubble ont fondamentalement changé la vision scientifique de l »univers. Ses partisans affirment que la découverte par Hubble de nébuleuses en dehors de notre galaxie a ouvert la voie aux futurs astronomes. Bien que certains de ses collègues les plus renommés se soient simplement moqués de ses résultats, Hubble a fini par publier ses découvertes sur les nébuleuses. Ces travaux publiés lui valurent une récompense intitulée American Association Prize et cinq cents dollars de la part de Burton E. Livingston du Committee on Awards.

Hubble a également conçu le système le plus couramment utilisé pour classer les galaxies, en les regroupant en fonction de leur apparence sur les images photographiques. Il a organisé les différents groupes de galaxies dans ce qui est devenu la séquence de Hubble.

Le décalage vers le rouge augmente avec la distance

Hubble a ensuite estimé les distances de 24 nébuleuses extragalactiques, en utilisant diverses méthodes. En 1929, Hubble examine la relation entre ces distances et leurs vitesses radiales, déterminées à partir de leurs décalages vers le rouge. On sait aujourd »hui que les distances qu »il avait estimées étaient toutes trop faibles, jusqu »à un facteur de 7 environ, en raison de facteurs tels que l »existence de deux types de variables céphéides ou la confusion entre les nuages de gaz brillants et les étoiles brillantes. Cependant, ses distances étaient plus ou moins proportionnelles aux distances réelles, et en combinant ses distances avec les mesures des décalages vers le rouge des galaxies effectuées par Vesto Slipher et par son assistant Milton L. Humason, il a trouvé une relation à peu près linéaire entre les distances des galaxies et leurs vitesses radiales (corrigées du mouvement solaire), une découverte qui a été connue plus tard sous le nom de loi de Hubble.

Cela signifie que plus la distance entre deux galaxies est grande, plus leur vitesse de séparation relative est élevée. Si on les interprète ainsi, les mesures de Hubble sur 46 galaxies conduisent à une valeur de la constante de Hubble de 500 kmsMpc, ce qui est beaucoup plus élevé que les valeurs actuellement acceptées de 74 kmsMpc (méthode de l »échelle de distance cosmique) ou de 68 kmsMpc (méthode du CMB) en raison d »erreurs dans leurs étalonnages de distance.

Pourtant, la raison du décalage vers le rouge n »était toujours pas claire. Georges Lemaître, prêtre catholique et physicien belge, a prédit, sur la base des équations de la relativité générale d »Einstein, la relation entre le décalage vers le rouge et la distance, et a publié des observations pour la confirmer, deux ans avant la découverte de la loi de Hubble. Cependant, de nombreux cosmologistes et astronomes (Hubble est resté dubitatif quant à l »interprétation de Lemaître pendant toute sa vie. Bien qu »il ait utilisé le terme « vitesses » dans son article (et « vitesses radiales apparentes » dans l »introduction), il a ensuite exprimé des doutes quant à leur interprétation en tant que vitesses réelles. En 1931, il a écrit une lettre au cosmologiste néerlandais Willem de Sitter pour lui faire part de son opinion sur l »interprétation théorique de la relation entre le décalage vers le rouge et la distance :

» M. Humason et moi-même sommes tous deux profondément sensibles à votre gracieuse appréciation des articles sur les vitesses et les distances des nébuleuses. Nous utilisons le terme de vitesses « apparentes » pour souligner les caractéristiques empiriques de la corrélation. Nous pensons que l »interprétation devrait être laissée à vous et aux quelques autres personnes qui sont compétentes pour discuter de la question avec autorité. »

Aujourd »hui, les « vitesses apparentes » en question sont généralement considérées comme une augmentation de la distance propre qui se produit en raison de l »expansion de l »univers. La lumière qui voyage dans une métrique en expansion subit un décalage vers le rouge de type Hubble, un mécanisme quelque peu différent de l »effet Doppler (bien que les deux mécanismes deviennent des descriptions équivalentes liées par une transformation des coordonnées pour les galaxies proches).

Dans les années 1930, Hubble a participé à la détermination de la distribution des galaxies et de la courbure spatiale. Ces données semblaient indiquer que l »univers était plat et homogène, mais il y avait une déviation de la planéité à de grands décalages vers le rouge. Selon Allan Sandage,

« Hubble pensait que ses données de comptage donnaient un résultat plus raisonnable concernant la courbure spatiale si la correction du décalage vers le rouge était effectuée en supposant l »absence de récession. Jusqu »à la toute fin de ses écrits, il a maintenu cette position, favorisant (ou tout au moins gardant ouvert) le modèle où il n »existe pas de véritable expansion, et donc que le décalage vers le rouge « représente un principe de la nature jusqu »ici non reconnu. »

La technique d »étude de Hubble présentait des problèmes méthodologiques qui montraient une déviation de la planéité à de grands décalages vers le rouge. Plus tôt, en 1917, Albert Einstein avait constaté que sa nouvelle théorie de la relativité générale indiquait que l »univers devait être soit en expansion, soit en contraction. Incapable de croire ce que ses propres équations lui disaient, Einstein a introduit une constante cosmologique (un « facteur de correction ») dans les équations pour éviter ce « problème ». Lorsqu »Einstein a pris connaissance des décalages vers le rouge de Hubble, il a immédiatement compris que l »expansion prédite par la relativité générale devait être réelle et, plus tard dans sa vie, il a déclaré que la modification de ses équations était « la plus grosse gaffe de sa vie ». En fait, Einstein aurait rendu visite à Hubble pour tenter de le convaincre que l »univers était en expansion.

Hubble a également découvert l »astéroïde 1373 Cincinnati le 30 août 1935. En 1936, il écrit The Observational Approach to Cosmology et The Realm of the Nebulae qui expliquent son approche de l »astronomie extragalactique et sa vision de l »histoire du sujet.

En décembre 1941, Hubble déclara à l »American Association for the Advancement of Science que les résultats d »une étude de six ans menée avec le télescope du Mont Wilson ne soutenaient pas la théorie de l »expansion de l »univers. Selon un article du Los Angeles Times rapportant les propos de Hubble, « Les nébuleuses ne pouvaient pas être distribuées uniformément, comme le montre le télescope, et correspondre quand même à l »idée d »explosion. Selon lui, les explications qui tentent de contourner ce que voit le grand télescope ne tiennent pas la route. L »explosion, par exemple, aurait dû commencer longtemps après la création de la Terre, et peut-être même après l »apparition de la première vie. » (L »estimation par Hubble de ce que nous appelons aujourd »hui la constante de Hubble situerait le Big Bang il y a seulement 2 milliards d »années).

Hubble épouse Grace Lillian (Burke) Leib (1889-1980), fille de John Patrick et Luella (Kepford) Burke, le 26 février 1924.

Hubble a été élevé en tant que chrétien mais certaines de ses déclarations ultérieures suggèrent une incertitude.

Questions de santé et décès

Hubble a eu une crise cardiaque en juillet 1949 alors qu »il était en vacances dans le Colorado. Il est soigné par sa femme et continue à suivre un régime alimentaire et des horaires de travail modifiés. Il meurt d »une thrombose cérébrale (un caillot de sang dans le cerveau) le 28 septembre 1953 à San Marino en Californie. Il n »y a pas eu de funérailles et sa femme n »a jamais révélé le lieu de son enterrement.

Accusations concernant la priorité de Lemaître

En 2011, la revue Nature a rapporté des allégations selon lesquelles Hubble aurait joué un rôle dans la rédaction de parties clés de la traduction de l »article de Lemaître de 1927, qui énonçait ce que l »on appelle aujourd »hui la loi de Hubble et en fournissait également des preuves observationnelles. Les historiens cités dans l »article étaient sceptiques quant à l »idée que les rédactions faisaient partie d »une campagne visant à assurer la priorité à Hubble. Cependant, l »astronome observateur Sidney van den Bergh a publié un article suggérant que si les omissions ont pu être faites par un traducteur, elles peuvent néanmoins avoir été délibérées.

En novembre 2011, l »astronome Mario Livio a rapporté dans Nature que des documents dans les archives de Lemaître démontraient que la rédaction avait bien été effectuée par Lemaître lui-même, qui ne voyait apparemment pas l »intérêt d »inclure des contenus scientifiques qui avaient déjà été rapportés par Hubble. Cela n »enlève cependant rien au fait que Lemaître a publié en français, sans de telles omissions, deux ans (1927) avant Hubble (1929).

Tentative d »obtention du prix Nobel

A l »époque, le prix Nobel de physique ne reconnaissait pas les travaux réalisés en astronomie. Hubble a passé une grande partie de la fin de sa carrière à essayer de faire considérer l »astronomie comme un domaine de la physique, au lieu d »être une science à part entière. Il l »a fait en grande partie pour que les astronomes – y compris lui-même – puissent être reconnus par le comité du prix Nobel pour leurs précieuses contributions à l »astrophysique. Cette campagne n »a pas abouti du vivant de Hubble, mais peu après sa mort, le comité du prix Nobel a décidé que les travaux d »astronomie seraient éligibles au prix de physique. Toutefois, ce prix ne peut être décerné à titre posthume.

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Tampon

Le 6 mars 2008, le service postal des États-Unis a émis un timbre de 41 cents en l »honneur de Hubble sur une feuille intitulée » American Scientists » conçue par l »artiste Victor Stabin.

Souvent qualifié de « pionnier des étoiles lointaines », l »astronome Edwin Hubble (1889-1953) a joué un rôle essentiel dans le décryptage de la nature vaste et complexe de l »univers. Ses études méticuleuses des nébuleuses spirales ont prouvé l »existence de galaxies autres que notre propre Voie lactée. S »il n »était pas mort subitement en 1953, Hubble aurait reçu le prix Nobel de physique cette année-là.

(Notez que l »affirmation selon laquelle il aurait obtenu le prix Nobel en 1953 est probablement fausse, bien qu »il ait été nommé pour le prix cette année-là).

Les autres scientifiques figurant sur la feuille « American Scientists » sont Gerty Cori, biochimiste, Linus Pauling, chimiste, et John Bardeen, physicien.

Autres apparitions notables

Dans le documentaire Cosmos de 1980 : A Personal Voyage de l »astronome Carl Sagan, la vie et le travail de Hubble sont dépeints à l »écran dans l »épisode 10 : « The Edge of Forever ».

La pièce de théâtre Creation »s Birthday, écrite par le physicien de Cornell Hasan Padamsee, raconte la vie de Hubble.

Sources