Le mois dernier, des astrophysiciens ont annoncé une découverte révolutionnaire: des preuves convaincantes de l’existence d’ondes gravitationnelles ont été trouvées et la source de ces ondes pourrait être la période d’inflation qui a immédiatement suivi le Big Bang.
C’est peut-être une preuve convaincante, mais peut-il y avoir une autre explication?
Dans un document présenté dans des publications préliminaires d'ArXiv la semaine dernière, trois physiciens théoriciens ont écarté les résultats du projet BICEP2 (Cosmic Extragalactic Polarization 2), suggérant l'existence d'une autre source d'ondes gravitationnelles.
D'abord, revenons un peu en arrière. Qu'est-ce que l'inflation et comment les ondes gravitationnelles sont-elles devenues des preuves de son apparition?
Représentation graphique de la singularité de l'univers
En résumé, lorsque le projet BICEP2 a détecté des ondulations de polarisation dans le fond cosmique hyperfréquence (CMB), le signal correspondait à des prédictions théoriques sur la forme que devraient avoir les ondes gravitationnelles. Mais jusqu'à présent, les ondes gravitationnelles (dont Einstein avait suggéré l'existence lors de l'élaboration de leur théorie de la relativité générale il y a près de 100 ans) étaient très difficiles à détecter. Ainsi, à première vue, les résultats de la recherche sur BICEP2 sont historiques. Ces observations d'ondes gravitationnelles ne sont contestées par aucun scientifique. Mais comment ces ondes gravitationnelles ont-elles finalement laissé une marque indélébile sur le fond cosmique des micro-ondes? C'est le point de discorde.
La couche cosmique hyperfréquence existe partout, dans la limite de nos possibilités d'observation. Considérant cela comme «l'écho» du Big Bang, survenu il y a près de 14 milliards d'années, nous pouvons analyser de très légères variations de température (appelées «anisotropies») pour avoir une idée de la structure de l'Univers immédiatement après le Big Bang.
Les cosmologistes pensent que pour que l'univers existe à son échelle actuelle, le Big Bang s'est d'abord produit, puis il y a eu une période d'intense accélération. Plus rapide que la vitesse de la lumière, l'expansion s'est produite un milliardième de milliardième de milliardième de seconde après le Big Bang.
Les étapes de l'évolution de l'univers. Cliquez sur l'image pour l'agrandir
Pour la compréhension moderne de l'univers, il sera juste qu'il y ait inflation.
Comme l'explique l'équipe du projet BICEP2, l'onde gravitationnelle incluse dans la couche à hyperfréquence cosmique suppose que les ondes gravitationnelles elles-mêmes sont d'origine inflationniste. Les ondes gravitationnelles qui génèrent les événements les plus énergétiques de l'univers, allant des trous noirs aux explosions d'étoiles, se propagent dans l'espace-temps à la vitesse de la lumière. Les chercheurs de la théorie de l'inflation estiment également que des ondes gravitationnelles primaires peuvent être générées lors de l'événement le plus intense que nous ne verrons jamais: l'inflation. Et les résultats du projet BICEP2 indiquent sans aucun doute la présence de preuves convaincantes de l’origine inflationniste et quantique de ces vagues.
Cependant, les physiciens théoriciens James B. Dent (Université de Louisiane, Lafayette), Lawrence M. Krauss (Université de l'Arizona, Tempe) et Harsh Mathur (Université Case Western Reserve, Cleveland, Ohio ) pensent que les chercheurs de BICEP2 ont peut-être oublié une source alternative de ces vagues.
"Malgré le fait que le signal d'inflation reste la source la plus plausible (d'un signal d'onde gravitationnelle), la mesure actuelle permet malheureusement la possibilité que des ondes gravitationnelles de fond puissent apparaître suite à la transition d'arrière-plan scalaire auto-ordonnée, survenue un peu plus tard." a écrit la physique.
Alors qu'est-ce que cela signifie?
Le graphique de l'univers Lambda-CBR (du Big Bang à notre époque).
Après le Big Bang, l'univers ressemblait à un chaos d'énergie chaotique. Dès qu'elle a commencé à refroidir, cette énergie a commencé à se condenser lentement (comme des gouttes de pluie formées par la vapeur dans les nuages), créant ainsi les particules et les forces fondamentales que nous connaissons et aimons de nos jours. Chaque particule et force sont apparues après chaque «transition de phase» ultérieure. Mais ces changements de phase n'étaient pas égaux et ne se sont pas produits en même temps dans tout l'univers. Les changements de phase se sont produits dans des poches localisées. Mais au point critique, lorsque l’Univers s’est suffisamment refroidi, on pense que ces poches se sont stabilisées en même temps.
James B. Dent et son équipe suggèrent que cet événement a créé une ondulation générant des ondes gravitationnelles, que BICEP2 observe actuellement dans la couche de micro-ondes cosmiques.
Comme noté dans ArXiv, les théoriciens ne discutent pas de la question de savoir si l'inflation était ou non, ils essaient de déterminer d'autres sources d'ondes gravitationnelles.
Lorsqu'il s'agit de résoudre les mystères au début du Cosmos, vous ne pouvez pas choisir une théorie qui «prouve» un seul mécanisme. Bien que les chercheurs de BICEP2 aient trouvé de solides preuves que les ondes gravitationnelles ont une origine inflationniste, ces nouveaux travaux montrent que les physiciens théoriciens sont loin de trouver un consensus.
