Les théoriciens proposent une nouvelle méthode pour sonder le début de l’univers
Smithsonian Institution from United States, No restrictions, via Wikimedia Commons
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Comment l’univers a t-il commencé? Et qu’est ce qu’il y avait avant le Big Bang? Les cosmologistes ont posé ces questions depuis la découverte que notre univers est en expansion. Les réponses ne sont pas facile à déterminer. Le début du cosmos est masqué et caché de la vue de nos plus puissants télescopes. Pourtant, les observations que nous faisons aujourd’hui peut donner des indices sur l’origine de l’univers. Une nouvelle recherche suggère une nouvelle façon de sonder le début de l’espace et de temps pour déterminer laquelle des théories concurrentes est correcte.
Le scénario théorique la plus largement acceptée pour le début de l’univers est l’inflation, qui prédit que l’univers a progressé à un rythme exponentiel dans la première fraction de la flotte d’une seconde. Cependant un certain nombre de scénarios alternatifs ont été suggérés, certains prédisant un Big Crunch précédant le Big Bang. L’astuce consiste à trouver des mesures qui peuvent distinguer ces scénarios.
Une source prometteuse d’informations sur le début de l’univers est le fond cosmique micro-onde (CMB) – la lueur du vestige du Big Bang qui imprègne tout l’espace. Cette lueur apparaît lisse et uniforme au début, mais après inspection varie par petites quantités. Ces variations proviennent de fluctuations quantiques présents à la naissance de l’univers qui ont été étiré lors de l’expansion de l’univers..
L’approche classique pour distinguer les différents scénarios cherche d’éventuelles traces d’ondes gravitationnelles, générés lors de l’univers primordial, dans le CMB.
« Ici, nous proposons une nouvelle approche qui pourrait nous permettre de révéler directement l’histoire évolutive de l’univers primordial de signaux astrophysiques. Cette histoire est unique à chaque scénario »
explique le co-auteur Xingang Chen, de l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et l’Université du Texas à Dallas.
Bien que des études expérimentales et théoriques précédentes donnent des indices sur les variations spatiales dans l’univers primordial, ils manquent l’élément clé du temps. Sans une horloge pour mesurer le passage du temps, l’histoire évolutive de l’univers primordial ne peut être déterminée sans ambiguïté.
« Imaginez que vous avez pris les images d’un film et tous empilés au hasard sur le dessus de l’autre. Si ces images ne sont pas étiquetés avec un temps, vous ne pouvez pas les mettre dans l’ordre. Si vous ne sais pas si le film est en marche avant ou en arrière, vous ne pouvez pas faire la différence «
explique Chen.
Cette nouvelle recherche suggère que ces «horloges» existent, et peuvent être utilisés pour mesurer le passage du temps à la naissance de l’univers. Ces horloges prennent la forme de particules lourdes, qui sont un produit attendu de la «théorie du tout» qui unira la mécanique quantique et la relativité générale. Ils sont nommés les «horloges standard primordiaux. »
Les particules subatomiques lourds vont se comporter comme un pendule, oscillant d’avant en arrière de façon universelle et standard. Ils peuvent même faire quantique mécaniquement sans être poussé au départ. Ces oscillations quantiques ou variations agiraient comme des tops d’horloge, et ajouter des étiquettes de temps à la pile d’images de films dans notre analogie.
« Les tiques de ces horloges standard primordiales créerait des variations correspondant à des mesures du fond diffus cosmologique, dont le modèle est unique pour chaque scénario», explique le co-auteur Yi Wang de l’Université de Hong Kong des Sciences et Technologies.
Cependant, les données actuelles ne sont pas suffisamment précis pour repérer ces petites variations.
Les expériences en cours devraient grandement améliorer la situation. Des projets comme CfA’s BICEP3 et Keck Array, et bien d’autres expériences connexes dans le monde entier, vont recueillir des données précises exquise CMB en même temps qu’ils sont à la recherche d’ondes gravitationnelles. Si les variations des horloges standard primordiales sont assez forts, les expériences devraient les trouver dans la prochaine décennie. Preuves à l’appui pourrait venir d’autres lignes de l’enquête, comme les cartes de la structure à grande échelle de l’univers, y compris des galaxies et de l’hydrogène cosmique.
Et puisque les horloges standard primordiaux serait une composante de la «théorie du tout», les trouver serait également fournir des preuves pour la physique au-delà du Modèle standard, à une échelle d’énergie inaccessible aux collisionneurs sur le terrain.
