L'histoire de l'astronomie est une histoire d'horizons qui s'éloignent.
Edwin Powell Hubble était 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 des « nébuleuses » étaient en réalité des galaxies au-delà de la Voie lactée. Il a utilisé la forte relation directe entre la luminosité d'une variable de Céphéide classique et sa période de pulsation découverte en 1908 par Henrietta Swan Leavitt pour mesurer les distances galactiques et extragalactiques.
Hubble a fourni des preuves que la vélocité de récession d'une galaxie augmente avec sa distance de la Terre, une propriété maintenant connue sous le nom de « loi de Hubble », bien qu'elle ait été à la fois proposée et démontrée observationnellement deux ans plus tôt par Georges Lemaître. La loi de Hubble-Lemaître implique que l'univers est en expansion. Une décennie plus tôt, l'astronome américain Vesto Slipher avait fourni les premières preuves que la lumière provenant de nombreuses nébuleuses était fortement décalée vers le rouge, indicative de vélocités de récession élevées.
Le nom de Hubble est le plus largement reconnu pour le télescope spatial Hubble, qui a été nommé en son honneur, avec un modèle exposé en évidence dans sa ville natale de Marshfield, Missouri.
Débuts de la vie et éducation
Edwin Hubble est né de Virginia Lee Hubble née James 1864–1934 et John Powell Hubble, un cadre en assurances, à Marshfield, Missouri, et a déménagé à Wheaton, Illinois, en 1900. Dans sa jeunesse, il était davantage connu pour ses prouesses athlétiques que pour ses capacités intellectuelles, bien qu'il ait obtenu de bonnes notes dans toutes les matières sauf l'orthographe. Edwin était un athlète talentueux, jouant au baseball, au football et participant à des épreuves d'athlétisme au lycée et à l'université. Il a joué à diverses positions au basketball, du poste de pivot à celui d'arrière. En fait, Hubble a même mené l'équipe de basketball de l'Université de Chicago à leur premier titre de conférence en 1907. Il a remporté sept premières places et une troisième place lors d'une seule compétition d'athlétisme au lycée en 1906.
Études de premier cycle
Les études de Hubble à l'Université de Chicago se sont concentrées sur le droit, ce qui a abouti à un diplôme de bachelor of science en 1910. Hubble est également devenu membre de la fraternité Kappa Sigma. Il a passé trois ans au Queen's College, Oxford après l'obtention de son diplôme de bachelor en tant que l'un des premiers Rhodes Scholars de l'université, étudiant d'abord la jurisprudence au lieu des sciences en promesse à son père mourant, et a ensuite ajouté la littérature et l'espagnol, finissant par obtenir sa maîtrise.
En 1909, le père de Hubble a déménagé sa famille de Chicago à Shelbyville, Kentucky, afin que la famille puisse vivre dans une petite ville, s'installant finalement à proximité à Louisville. Son père est décédé à l'hiver de 1913, tandis qu'Edwin était encore en Angleterre. L'été suivant, Edwin est rentré chez lui pour s'occuper de sa mère, de ses deux sœurs et de son frère cadet, ainsi que de son frère William. La famille a déménagé une fois de plus à Everett Avenue, dans le quartier Highlands de Louisville, pour accommoder Edwin et William.
Hubble était aussi un fils dévoué, qui malgré son intérêt intense pour l'astronomie depuis l'enfance, a accédé à la demande de son père d'étudier le droit, d'abord à l'Université de Chicago et ensuite à Oxford. Durant cette période, il a également suivi des cours de mathématiques et de sciences. Après la mort de son père en 1913, Edwin est retourné au Midwest depuis Oxford mais n'avait pas la motivation pour pratiquer le droit. À la place, il a procédé à enseigner l'espagnol, la physique et les mathématiques à la New Albany High School à New Albany, Indiana, où il a également entraîné l'équipe de basketball des garçons. Après une année d'enseignement au lycée, il a entré l'école des cycles supérieurs 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 a reçu son Ph.D. en 1917. Sa dissertation s'intitulait « Photographic Investigations of Faint Nebulae ». À Yerkes, il avait accès à l'un des télescopes les plus puissants du monde à l'époque, qui avait un réflecteur innovant de 24 pouces 61 cm.
Études doctorales
Après que les États-Unis aient déclaré la guerre à l'Allemagne en 1917, Hubble s'est empressé de compléter sa dissertation de Ph.D. pour pouvoir se joindre à l'armée. Hubble s'est porté volontaire pour l'Armée des États-Unis et a été assigné à la 86e Division nouvellement créée, où il a servi au 2e Bataillon, 343e Régiment d'infanterie. Il a atteint le rang de Major, et a été déclaré apte au service outre-mer le 9 juillet 1918, mais la 86e Division n'a jamais participé au combat. Après la fin de la Première Guerre mondiale, Hubble a passé un an à l'Université de Cambridge, où il a repris ses études d'astronomie.
Carrière
En 1919, Hubble a reçu une offre de poste au personnel de l'observatoire Mount Wilson de l'Institution Carnegie pour la Science, près de Pasadena, en Californie, de la part de George Ellery Hale, fondateur et directeur de l'observatoire. Hubble est resté au personnel de Mount Wilson jusqu'à sa mort en 1953. Peu avant sa mort, Hubble est devenu le premier astronome à utiliser le télescope géant de 200 pouces 5,1 m fraîchement achevé Hale Telescope à l'observatoire Palomar près de San Diego, Californie.
Hubble a également travaillé en tant que civil pour l'Armée des États-Unis à l'Aberdeen Proving Ground au Maryland pendant la Seconde Guerre mondiale en tant que Chef de la Branche de Balistique externe du Laboratoire de recherche en balistique au cours de laquelle il a dirigé un grand volume de recherche en balistique extérieure qui a augmenté la puissance de feu efficace des bombes et des projectiles. Son travail a été facilité par son développement personnel de plusieurs éléments d'équipement pour l'instrumentation utilisée en balistique extérieure, le développement le plus remarquable étant la caméra à horloge haute vitesse, qui a rendu possible l'étude des caractéristiques des bombes et des projectiles à faible vélocité en vol. Les résultats de ses études ont été crédités d'avoir grandement amélioré la conception, les performances et l'efficacité militaire des bombes et des fusées. Pour son travail là-bas, il a reçu le prix de la Légion du Mérite.
Découvertes
L'univers s'étend au-delà de la galaxie de la Voie lactée
L'arrivée d'Edwin Hubble à l'observatoire Mount Wilson, Californie en 1919 a coïncidé à peu près avec l'achèvement du télescope Hooker de 100 pouces 2,5 m, le plus grand du monde à l'époque. À ce moment, la vision dominante du cosmos était que l'univers était entièrement constitué de la Galaxie de la Voie lactée. Utilisant le télescope Hooker à Mount Wilson, Hubble a identifié les variables de Céphéide, une sorte d'étoile utilisée comme moyen de déterminer la distance de la galaxie – voir aussi bougie standard dans plusieurs nébuleuses spirales, y compris la nébuleuse d'Andromède et Triangulum. Ses observations, faites en 1924, ont prouvé de façon concluante que ces nébuleuses étaient beaucoup trop éloignées pour faire partie de la Voie lactée et étaient, en fait, des galaxies entières en dehors de la nôtre, soupçonnées par les chercheurs au moins dès 1755 quand l'Histoire générale de la nature et Théorie des cieux d'Immanuel Kant est apparue. Cette idée avait été opposée par beaucoup dans l'établissement astronomique de l'époque, en particulier par Harlow Shapley basé à l'Université Harvard. Malgré l'opposition, Hubble, alors un scientifique de trente-cinq ans, a fait publier ses conclusions en premier dans le New York Times le 23 novembre 1924, puis les a présentées à d'autres astronomes lors de la réunion du 1er janvier 1925 de la Société astronomique américaine. Les résultats de Hubble pour Andromède n'ont pas été formellement publiés dans une revue scientifique évaluée par les pairs jusqu'en 1929.
Les conclusions de Hubble ont fondamentalement changé la vision scientifique de l'univers. Les partisans affirment que la découverte par Hubble de nébuleuses en dehors de notre galaxie a aidé à ouvrir la voie aux futurs astronomes. Bien que certains de ses collègues les plus renommés aient simplement moqué ses résultats, Hubble a finalement publié ses conclusions sur les nébuleuses. Ce travail publié lui a valu un prix intitulé le Prix de l'Association américaine et cinq cents dollars de Burton E. Livingston du Comité des prix.
Hubble a également conçu le système le plus couramment utilisé pour classer les galaxies, en les regroupant selon leur apparence dans les images photographiques. Il a arrangé les différents groupes de galaxies dans ce qui est devenu connu comme la séquence de Hubble.
Le décalage vers le rouge augmente avec la distance
Hubble a continué à estimer les distances à 24 nébuleuses extragalactiques, en utilisant diverses méthodes. En 1929 Hubble a examiné la relation entre ces distances et leurs vélocités radiales déterminées par leurs décalages vers le rouge. Ses distances estimées sont maintenant connues pour être toutes trop petites, jusqu'à un facteur d'environ 7. Cela était dû à des facteurs tels que le fait qu'il existe deux types de variables de Céphéide ou confondre les nuages de gaz brillants avec les étoiles brillantes. Cependant, ses distances étaient plus ou moins proportionnelles aux vraies distances, et en combinant ses distances avec les mesures des décalages vers le rouge des galaxies 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 vélocités radiales corrigées du mouvement solaire, une découverte qui devint plus tard connue sous le nom de loi de Hubble.
Cela signifiait que plus la distance entre deux galaxies était grande, plus leur vitesse relative de séparation était grande. Si interprétée de cette façon, les mesures de Hubble sur 46 galaxies conduisent à une valeur pour la constante de Hubble de 500 km/s/Mpc, ce qui est beaucoup plus élevé que les valeurs actuellement acceptées de 74 km/s/Mpc méthode de l'échelle de distance cosmique ou 68 km/s/Mpc méthode CMB en raison d'erreurs dans leurs calibrages de distance.
Cependant, la raison du décalage vers le rouge restait peu claire. Georges Lemaître, un prêtre catholique belge et physicien, a prédit sur des bases théoriques en fonction des équations d'Einstein pour la relativité générale la relation décalage-distance, et a publié un soutien observationnel pour cela, deux ans avant la découverte de la loi de Hubble. Cependant, beaucoup de cosmologistes et d'astronomes, y compris Hubble lui-même, n'ont pas reconnu le travail de Lemaître ; Hubble est resté sceptique quant à l'interprétation de Lemaître toute sa vie. Bien qu'il ait utilisé le terme « vélocités » dans son article et « vélocités radiales apparentes » dans l'introduction, il a ensuite exprimé des doutes sur l'interprétation de celles-ci comme des vélocités réelles. En 1931, il a écrit une lettre au cosmologiste néerlandais Willem de Sitter exprimant son opinion sur l'interprétation théorique de la relation décalage-distance :
M. Humason et moi sommes tous deux profondément sensibles à votre appréciation gracieuse des articles sur les vélocités et distances des nébuleuses. Nous utilisons le terme « vélocités » apparentes pour souligner les caractéristiques empiriques de la corrélation. L'interprétation, nous pensons, devrait être laissée à vous et aux très rares autres qui sont compétents pour discuter de la question avec autorité.
Aujourd'hui, les « vélocités apparentes » en question sont généralement considérées comme une augmentation de la distance appropriée qui se produit en raison de l'expansion de l'univers. La lumière voyageant à travers une métrique en expansion connaîtra 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 de coordonnées pour les galaxies proches.
Dans les années 1930, Hubble était impliqué dans 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 platitude aux grands décalages vers le rouge. Selon Allan Sandage,
Hubble croyait que ses données de comptage donnaient un résultat plus raisonnable concernant la courbure spatiale si la correction du décalage vers le rouge était faite en supposant aucune récession. Jusqu'à la fin de ses écrits, il a maintenu cette position, favorisant (ou du moins tenant ouverte) le modèle où aucune véritable expansion n'existe, et par conséquent que le décalage vers le rouge « représente un principe jusqu'alors non reconnu de la nature ».
Il y avait des problèmes méthodologiques avec la technique de sondage de Hubble qui a montré une déviation de la platitude aux grands décalages vers le rouge. En particulier, la technique ne tenait pas compte des changements de luminosité des galaxies en raison de l'évolution des galaxies. Plus tôt, en 1917, Albert Einstein avait découvert que sa théorie nouvellement développée 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 une « variable d'ajustement » aux équations pour éviter ce « problème ». Quand Einstein a appris les décalages vers le rouge de Hubble, il a immédiatement réalisé que l'expansion prédite par la relativité générale devait être réelle, et plus tard dans sa vie, il a dit que modifier ses équations était « la plus grande bêtise de sa vie ». En fait, Einstein a apparemment une fois visité Hubble et a essayé de le convaincre que l'univers était en expansion.
Hubble a également découvert l'astéroïde 1373 Cincinnati le 30 août 1935. En 1936, il a écrit The Observational Approach to Cosmology et The Realm of the Nebulae qui expliquaient ses approches de l'astronomie extragalactique et sa vision de l'histoire du sujet.
En décembre 1941, Hubble a rapporté à l'American Association for the Advancement of Science que les résultats d'une enquête de six ans avec le télescope du Mont Wilson
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