Une étude, dont les résultats intitulés «A distance to the Large Magellanic Cloud that is precise to one per cent» sont publiés dans la revue Nature, a permis de déterminer, avec une précision inégalée et symbolique de 1 %, la distance au Grand Nuage de Magellan (GNM), galaxie satellite la plus proche de la Voie Lactée.

Le Grand Nuage de Magellan sert de point d’ancrage pour étalonner les échelles de distance dans l’Univers. C’est dire l’importance de ces travaux récents qui, par échafaudage, mènent à la détermination de la constante de Hubble, une quantité fondamentale en cosmologie qui caractérise le taux d’expansion de l’Univers.

Relevons tout d'abord que «le Grand Nuage de Magellan abrite un grand nombre de céphéides», des étoiles supergéantes pulsantes «particulièrement brillantes», qui «se singularisent par la relation existant entre leur période de variation lumineuse et leur luminosité intrinsèque: les céphéides varient avec une période d’autant plus longue qu’elles sont plus brillantes, selon la loi de Leavitt» découverte «par l'astronome américaine Henrietta Leavitt en 1908 grâce à l'étude des céphéides du Grand Nuage de Magellan, où plus de 4000 céphéides sont aujourd'hui répertoriées».

La loi de Leavitt, «appliquée aux céphéides détectées dans les galaxies lointaines», permet «d’étalonner la luminosité intrinsèque d'un indicateur secondaire de distance permettant d'aller encore plus loin: les supernovae de Type 1a ou SN1a» qui sont des explosions d'étoiles rares «mais extrêmement brillants, et donc détectables à de très grandes distances de plusieurs milliards d'années-lumière».

Ainsi, grâce aux supernovae SN1a, «les astronomes cartographient l’univers, et peuvent déterminer le taux d’expansion de l’univers, quantifié par la constante de Hubble H₀». En outre, «ces mesures de distance obtenues de proche en proche», permettent d'étudier «un des problèmes les plus épineux de la cosmologie moderne: la nature de l’énergie noire».

Comme, actuellement, «il existe dans la littérature plusieurs centaines d’estimations de distance du Grand Nuage de Magellan, basées sur un grand nombre d'indicateurs de distance astrophysiques différents, dont les céphéides» (chaque méthode ayant ses propres biais), l'étude ici présentée, réalisée «au sein du projet international Araucaria», s'est focalisée sur «des étoiles binaires à éclipses situées dans le Grand Nuage de Magellan» qui «s'éclipsent mutuellement à intervalle régulier».

La technique employée par cette étude s'appuie d'abord sur le fait que «les variations de lumière enregistrées lors des éclipses, associées aux variations de vitesse de chacune des deux étoiles, permettent de contraindre avec une grande précision leurs diamètres linéaires» et elle utilise ensuite «le fait que ces étoiles émettent de la lumière selon une relation très précise entre la température ou la couleur de l’étoile, sa magnitude apparente et son diamètre angulaire (sa taille apparente)». Ainsi, «la combinaison de l’estimation du diamètre linéaire des deux étoiles de la binaire à éclipse, avec celle de leurs diamètres angulaires, permet d’obtenir une mesure précise de sa distance».

Cependant, comme «les binaires à éclipses visées dans cette étude sont des objets 'froids' et qui émettent relativement peu de lumière», l'application pratique de cette technique est difficile. Concrètement, «l’équipe du projet Araucaria a suivi près de 35 millions d’étoiles dans le GNM pendant plus de 20 ans» et «sur ces 35 millions d’objets, vingt binaires à éclipses seulement ont été soigneusement sélectionnées, puis suivies à l'aide de grands télescopes pendant plus de 15 ans».

Au bout du compte, «en combinant la distance estimée des vingt binaires à éclipse observées, l’équipe a mesuré une distance au GMN de 162 000 années-lumière, soit 1 530 000 000 000 000 000 km (1,53 milliard de milliards de kilomètres) avec une précision encore jamais atteinte de 1 %».

Soulignons ici que «l’obtention d’une telle précision n’aurait pas été possible sans un nouvel étalonnage de la relation entre la couleur de l’étoile, sa magnitude apparente et son diamètre angulaire» et que l'observation a été réalisée «grâce à l'instrument français PIONIER placé au foyer du grand interféromètre optique européen de l'Observatoire Européen Austral (ESO), le Very Large Telescope Interferometer (VLTI) installé au nord du Chili».

Il en découle que «la première mesure de distance d'une galaxie» avec cette précision donne «la meilleure référence absolue pour l'échelle des distances extragalactiques et donc pour la mesure de la constance de Hubble, actuellement objet d'une controverse». En outre, cette mesure est fondamentale «pour mieux comprendre la nature de la mystérieuse énergie noire».

Parmi les autres retombées attendues, il y a «une meilleure connaissance de toutes les classes d'objets célestes situés dans le GMN, ou encore l’étalonnage et la validation d'autres méthodes de mesure de distance, par exemple les mesures de parallaxes obtenues par le satellite européen Gaia de l'Agence Spatiale Européenne (ESA)».