Il y a quelque 13, 8 milliards d'années, juste avant le Big Bang, l'énorme univers rempli de galaxies que nous connaissons aujourd'hui était contenu dans un point minuscule, dense et extrêmement brûlant. Soudain, il a commencé à se développer rapidement plus rapidement que la vitesse de la lumière dans une explosion cataclysmique. L'univers est passé d'une taille subatomique à celle d'une balle de golf en une fraction de seconde incompréhensiblement courte.
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Ce premier instant d'expansion, connu sous le nom d'inflation cosmique, explique pourquoi l'univers est relativement uniforme (les galaxies qui se sont formées lors du refroidissement de l'univers, par exemple, semblent être réparties uniformément à perte de vue du télescope) et explique également les germes de la densité. cela a donné lieu à la structure de l'univers.
C'est une belle histoire, mais après que les physiciens l'aient proposée pendant des décennies, nos preuves en ont été limitées. Notre principal moyen d’étudier le Big Bang - la faible radiation laissée par l’explosion appelée fond de micro-ondes cosmique (CMB) - date de 380 000 ans environ, au lieu du moment lui-même.
Une nouvelle preuve significative est apparue ce matin, quand un groupe de scientifiques dirigé par l'astronome John Kovac du Centre astrophysique Harvard-Smithsonian a annoncé avoir trouvé des preuves indirectes d'ondes gravitationnelles - des distorsions minimes dans le champ gravitationnel de l'univers - qui étaient déchaîné lors de l’inflation, une infime fraction de seconde après le Big Bang. Si le résultat est correct, les vagues servent de confirmation de l’inflation.
"L'inflation est le" bang "du Big Bang", explique le physicien théoricien Alan Guth, qui a proposé la théorie de l'inflation cosmique en 1979. "C'est le mécanisme qui a amené l'univers à entrer dans cette période d'expansion gigantesque."
Plusieurs physiciens qui n'ont pas participé à la recherche ont eu l'occasion d'évaluer les données brutes et ils sont en accord avec l'analyse. "Il est très probable que cela soit vrai", déclare Avi Loeb, physicien théoricien au Harvard-Smithsonian Center, notant que les chercheurs ont passé trois ans à analyser les données pour éliminer toute possibilité d'erreur.
Robert W. Wilson, qui partageait le prix Nobel de physique en 1978 pour sa découverte du fond cosmique des micro-ondes, partage cet avis et pense que, s'il est confirmé, le travail obtiendra presque certainement un prix Nobel. Selon Loeb, cette découverte serait l’une des découvertes les plus importantes de la physique des 15 dernières années en physique - plus importante que celle du boson de Higgs.
Au cours de l'inflation, indiquée à l'extrême gauche, l'univers s'est étendu de plusieurs ordres de grandeur en une fraction de seconde. (Image via la NASA) La théorie de l'inflation prédit la présence d'ondes gravitationnelles détectables, souvent appelées "ondulations dans le tissu de l'espace-temps". Selon Guth, les fluctuations préexistantes de la force de gravité à l'échelle microscopique auraient été étirées par l'inflation, produisant des ondes macroscopiques.
La nature exacte des vagues dépend du moment précis où l’inflation s’est produite. "Cette détection ne signifie pas seulement que l’inflation a eu lieu", dit Loeb, "mais nous indique également quand elle a eu lieu": 10 -34 (un point décimal suivi de 33 zéros, puis un) secondes après le début de la Grande Coup.
Le groupe de recherche, qui comprenait également Clement Pryke de l'Université du Minnesota, Jamie Bock de Caltech et Chao-Lin Kuo de Stanford, n'a pas trouvé d'ondes gravitationnelles elles-mêmes, mais plutôt des preuves indirectes, sous la forme d'un motif particulier de polarisation provoquée par les ondes dans le fond cosmique hyperfréquence. "Notre équipe a recherché un type spécial de polarisation appelé modes B, qui représente un motif de torsion ou de boucle dans les orientations polarisées de la lumière ancienne", a déclaré Bock dans un communiqué de presse.
Les chercheurs ont collecté ces données à l'aide du télescope BICEP2, installé en Antarctique, où l'air froid et sec limite les interférences de l'atmosphère terrestre sur le faible signal de fond diffusé par micro-ondes cosmiques. BICEP2 fait partie d'une série de télescopes identiques recherchant cette signature, appelée Keck Array. Il y a aussi le télescope adjacent du pôle Sud, qui a rapporté des données indiquant la présence d'une polarisation en mode B dans le CMB l'été dernier. Cet instrument, cependant, n'était pas conçu pour détecter la polarisation à l'échelle produite par les ondes gravitationnelles; il résultait donc probablement de l'interférence de galaxies lointaines traversées par le CMB avant d'atteindre la Terre.
Le télescope BICEP-2 (le plat blanc à droite), ainsi que le télescope du pôle Sud (à gauche). (Image via le projet BICEP-2) Il n’est pas encore tout à fait clair que l’équipe BICEP2 ait détecté une polarisation en mode B qui constitue en fait une preuve définitive des ondes gravitationnelles. Les données recueillies par le satellite Planck de l'Agence spatiale européenne (qui observe le fond diffus cosmologique sous un angle beaucoup plus large) devront encore être confirmées. Elles seront publiées à la fin de l'été.
Si cela est vrai, la découverte contribuerait grandement à la ratification de la théorie de l'inflation. "La présence de cette polarisation, induite par les ondes de gravité, est la dernière grande chose prédite par l'inflation", a déclaré Wilson. "Cela vous donne de plus en plus confiance que c'est vraiment le bon scénario."
Cela refléterait également quelque chose de vraiment étonnant: la preuve la plus ancienne que nous ayons de absolument n'importe quoi.
"Vous ne pouvez pas utiliser le fond diffus cosmologique pour comprendre ce qui s'est passé dans l'univers primitif, " déclare Loeb. Pendant les 380 000 premières années, les ondes électromagnétiques qui composent le CMB ne pouvaient pas traverser librement l’espace. "Si nous pouvons regarder les ondes gravitationnelles, nous pouvons remonter presque au tout début."
