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Une fraction de seconde après le Big Bang…

Crédits : Pixabay / geralt

Pour la première fois, les physiciens théoriques ont calculé la fréquence précise de signaux d’ondes gravitationnelles spécifiques qui ont émergé des fractions de seconde après le Big Bang.

La source du signal est un phénomène cosmologique hypothétique appelé « oscillon ». Tout comme nous avons dû comprendre la fréquence du boson de Higgs avant que les scientifiques ne puissent la détecter, cela signifie que les chercheurs peuvent aujourd’hui commencer à traquer les signaux de phénomènes cosmologiques perdus depuis très longtemps. Détecter ces « oscillons » nous permet alors de scruter plus loin dans l’Univers que jamais auparavant.

Il y a une centaine d’années, Albert Einstein prédisait l’existence des ondes gravitationnelles. Il aura, encore cette fois-ci, fallu attendre la détection du LIGO en 2015 confirmée en 2016 pour avoir la preuve de leur existence. Ces ondes sont différentes de toutes les autres ondes qui émanent à travers l’espace, ces dernières pouvant réellement « rétrécir » et « étirer » le continuum espace-temps, ce qui fausse la géométrie de l’espace lui-même. Toutes les masses en accélération peuvent émettre des ondes gravitationnelles, mais parce ces variations sont infimes, nous n’avons jusqu’à présent été en mesure de ne détecter que celles qui provenaient de masses très denses comme la fusion de deux trous noirs supermassifs.

Mais plus nos outils seront sensibles et plus nous serons en mesure de détecter des ondes gravitationnelles. Et plus nous en détecterons, plus nous serons en mesure « d’écouter » leurs informations pour tenter d’en savoir plus sur la naissance de l’Univers que nous connaissons. Dans cette optique, le professeur Stefan Antusch et son équipe du département de physique de l’université de Basel, en Suisse, mènent des recherches sur une origine stochastique (aléatoire) des ondes gravitationnelles. Cette origine consiste en des ondes gravitationnelles provenant de nombreuses sources qui se chevauchent sur une grande variété de fréquences. Les physiciens ont alors calculé les plages fréquentielles et les intensités des ondes qu’on peut tester dans des expériences.

Après le Big Bang, en quelques fractions de seconde, tout l’univers était alors comprimé en une boule très dense, compacte et ultra-chaude de la taille d’un ballon de football. Ce petit Univers n’existait seulement que depuis une période de temps incroyablement courte, mais entassé dans cet espace minuscule, la cosmologie moderne suppose que dans ces instants primordiaux l’univers était dominé par une particule connue comme l’inflaton. Ces inflatons ont subi des fluctuations intenses, formant parfois des « touffes » qui les ont amenés à osciller dans des régions localisées de l’espace.

Ces régions sont appelées « oscillons ». Mais bien que ces oscillons aient disparu depuis longtemps, les ondes gravitationnelles qu’elles ont émises sont quant à elles omniprésentes et les détecter permettrait aux chercheurs de sonder profondément le passé de l’univers. En utilisant des simulations numériques, les chercheurs ont été capables de calculer la forme du signal de l’oscillon émis quelques fractions de seconde après le Big Bang. Et la simulation nous montre que le signal possède un pic bien plus élevé et plus large que les ondes gravitationnelles.

Les calculs sont bien sûr la partie relativement « facile » pour les physiciens théoriques. La seconde étape, plus compliquée, sera de prouver l’existence de ce signal avec les détecteurs d’ondes gravitationnelles tels que LIGO. Nous sommes aujourd’hui clairement à l’aube d’une nouvelle ère de la physique.

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