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Des particules d’oscillon super puissantes auraient pu dominer l’univers infantile, puis disparaître

Une particule étrange et super puissante qui n’est pas vraiment une particule aurait pu dominer l’univers alors qu’elle n’était qu’une seconde vieille, libérant un flot d’ondulations qui imprégnait tout l’espace-temps.

Appelés oscillons, ils auraient été si énergiques que leurs «ondulations» auraient pu déclencher des ondes dites gravitationnelles – ces vibrations dans le tissu de l’espace-temps qui sont générées lorsque des trous noirs de monstres se cognent les uns dans les autres. Des expériences futures pour détecter ces ondes gravitationnelles du début de l’univers pourraient nous donner un aperçu des conditions les plus extrêmes que l’univers ait jamais rencontrées.

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Faites les choses en grand

Les physiciens pensent que lorsque l’univers était très jeune, il est devenu beaucoup, beaucoup plus grand en peu de temps. Nous appelons cet événement dramatique «inflation», et c’était peut-être l’événement déterminant du cosmos infantile. À un moment donné dans la première fraction de seconde de l’existence de l’univers, quelque chose s’est produit (nous ne savons pas exactement quoi) qui a conduit le taux d’expansion à des niveaux supercritiques, gonflant l’univers à au moins 10 ^ 52 fois (ou 1 suivi de 52 zéros) plus grand qu’avant.

Après l’événement d’inflation, autre chose s’est produit (encore une fois, nous ne savons pas exactement quoi) pour ralentir les choses et reprendre un taux d’expansion plus calme (qui s’est poursuivi jusqu’à nos jours).

Cosmologistes sont à peu près sûrs que ce ballon ultra-rapide s’est produit dans l’univers primitif, car aujourd’hui, l’univers est remarquablement uniforme à très grande échelle. Une expansion rapide aurait pu faire l’affaire – lissant toutes les rides.

De plus, les astronomes ont repéré des preuves indirectes de l’événement d’inflation. L’inflation n’a pas seulement fait que l’univers «a grandi et rentre chez lui». Cela a également déclenché un autre événement appelé réchauffage. Tout ce qui a déclenché l’inflation a fini par mourir, mais en disparaissant de la scène cosmologique, le mécanisme causant l’inflation a libéré son énergie refoulée restante, transformant ce mystérieux déclencheur en un flot de particules qui finiraient par se combiner pour former des protons et des neutrons, les atomes, molécules, étoiles, planètes et vous.

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Dans le même temps, comme tout dans l’univers se développait pendant l’inflation, de minuscules fluctuations quantiques espace-temps, qui s’étendait à des différences macroscopiques – des bosses et des tremblements importants dans le tissu de l’espace-temps; ces fluctuations quantiques signifiaient que certains endroits de l’univers avaient plus d’attraction gravitationnelle que la moyenne. À leur tour, les lieux de gravité plus forte ont recueilli des morceaux de matériau, et ces morceaux de matériau ont grandi pendant des milliards d’années, formant les graines de toutes les grandes structures que nous voyons dans le cosmos aujourd’hui.

Et si l’inflation était capable de tout cela, elle aurait pu générer des choses encore plus étranges.

Donnez-lui une secousse

Quant à savoir quelle étincelle a déclenché l’événement d’inflation, les physiciens ont plusieurs idées, dont l’une implique un phénomène quantique appelé champs scalaires qui s’étend sur tout l’espace et le temps. Un champ scalaire est fondamentalement une façon sophistiquée de dire qu’à chaque point de l’univers, ce champ a une valeur ou une force, mais pas de direction particulière (pour vous aider à visualiser cela, lorsque vous voyez une carte de température sur les prévisions météorologiques locales, vous re regardant un champ scalaire). Dans l’univers moderne, les champs scalaires sont essentiellement des acteurs de bits. Mais l’univers primitif était un endroit très différent, et les champs scalaires qui sont rares aujourd’hui auraient pu être en abondance à l’époque. En effet, certaines théories de l’inflation suggèrent que c’est un champ scalaire qui a fait tout le travail d’expansion.

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Vous pouvez penser à un champ scalaire comme la surface de l’océan. Il s’étend de tous les côtés et à l’horizon, et il a diverses vagues qui le traversent. Tout comme dans l’océan, les vagues dans un champ scalaire peuvent parfois être calmes et régulières, et parfois erratiques et violentes.

Selon un nouvel article publié en décembre 2020 dans la base de données de pré-impression arXiv, c’est exactement ce qui s’est passé dans l’univers extrêmement précoce. Peu de temps après l’inflation, alors que le réchauffement commençait et que l’univers était inondé de particules, tous les champs scalaires aléatoires auraient pu être perturbés, comme un ouragan s’ouvrant au-dessus de l’Atlantique.

Cela aurait pu générer des «oscillons», qui sont des ondes stables qui peuvent vivre longtemps. Les oscillations se produisent dans toutes sortes de situations; par exemple, une onde progressive solitaire est une sorte d’oscillon. Lorsque les oscillons se forment dans des champs scalaires quantiques, ils génèrent également leur propre type de particules uniques.

Voyez ce qui se passe

Ces oscillons ne participent pas vraiment directement à des interactions de particules, mais les oscillons eux-mêmes peuvent toujours affecter l’univers. Les oscillons auraient tourné autour du jeune univers, et pendant un bref instant l’énergie contenue dans les oscillons aurait pu être plus forte que l’énergie contenue dans n’importe quel autre champ ou famille de particules.

Avec tout ce ballottement et agitation, des choses intéressantes sont inévitables. Dans le cas des oscillons, le ballottement aurait pu générer des ondes gravitationnelles, qui sont des vibrations dans le tissu de l’espace-temps lui-même. Alors que les oscillons ondulent dans tout le cosmos, leurs énergies extrêmes déforment l’espace-temps, générant des rides gravitationnelles.

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Longtemps après la disparition des oscillons, les ondes gravitationnelles peuvent rester, ondulant dans tout le cosmos jusqu’à nos jours. Bien que nous ne puissions pas encore observer les ondes gravitationnelles du début de l’univers, les détecteurs à venir comme LISA (l’antenne spatiale de l’interféromètre laser) et BBO (l’observatoire du Big Bang) devraient pouvoir le faire.

Si cette image d’oscillon est correcte, il s’agit d’un mécanisme potentiel pour que l’inflation génère des ondes gravitationnelles. Si nous voyons ensuite ces vagues, nous aurons une vue directe sur l’univers alors qu’il était sous une seconde.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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