Les astronomes américains prétendent avoir la première preuve expérimentale de la théorie selon laquelle l'univers s'est étendu rapidement après le Big Bang. Le physicien des particules Pierre Van Mechelen (UAntwerp) apprécie la découverte.
Pendant trois ans, les scientifiques du pôle Sud ont observé la rémanence du Big Bang. Aujourd'hui, ils pensent avoir trouvé des preuves des ondes gravitationnelles gargantuesques qui ont traversé l'univers alors qu'il se développait à un rythme accéléré, juste après sa création. Si ce résultat est confirmé, ce sera immédiatement la première preuve expérimentale de l'existence des ondes gravitationnelles et de la théorie de l'inflation.
Il y a 13,7 milliards d'années, l'univers s'est créé lors d'une explosion colossale :le Big Bang. Le comment et le pourquoi de ce Big Bang resteront longtemps inconnus de la science, mais nous avons une assez bonne idée de ce qui s'est passé depuis. Initialement, l'univers était une bouillie étouffante de particules élémentaires :quarks, gluons, photons et bien d'autres. Cette "soupe primordiale" était opaque :les photons - les particules qui composent la lumière - étaient continuellement absorbés et réémis par d'autres particules élémentaires.
Ce n'est que 380 000 ans après le Big Bang que l'univers s'est suffisamment refroidi pour permettre à toutes ces particules de se "condenser" en noyaux atomiques, qui ont rapidement commencé à lier les électrons autour d'eux. Le résultat fut que l'univers devint soudainement transparent. Les photons ont été émis pour la dernière fois et sillonnent toujours notre univers. Cette rémanence du Big Bang - ou rayonnement de fond cosmique des micro-ondes - que nous voyons encore aujourd'hui et a été découverte presque accidentellement par Arno Penzias et Robert Wilson en 1964. En raison de l'expansion de l'univers, la longueur d'onde du rayonnement de fond a augmenté (effet Doppler ) et vient aujourd'hui le spectre correspond au rayonnement d'un objet avec une température de -270,45 ºC (2,7 K). En d'autres termes, l'univers est devenu un endroit extrêmement froid.
Cependant, il y a un problème avec ce rayonnement de fond cosmique à micro-ondes. Quelle que soit la direction dans laquelle on regarde, la température est exactement de 2,7 K, sauf pour de très petites déviations. Cela signifie que la matière dans l'univers était très uniformément répartie lorsque ce rayonnement a été libéré - trop même pour être plausible. On s'attend à ce que la matière "s'agglutine" et que cette "agglutination" ne fasse qu'augmenter parce que les particules ayant une masse s'attirent par gravité.
Pour résoudre ce problème et quelques autres en cosmologie, la théorie de l'inflation a été proposée en 1980 par Alan Guth :l'univers se serait énormément étendu en très peu de temps. Notre univers se serait gonflé comme un ballon, lissant les petites fluctuations de densité afin que l'univers homogène et plat actuel puisse se former.
Ce qui a causé cette inflation et pourquoi elle s'est arrêtée reste cependant un mystère. De plus, nous savons maintenant que l'expansion de l'univers s'accélère encore aujourd'hui. La force motrice de cette expansion accélérée est appelée « énergie noire » et comprend jusqu'à 70 % de toute l'énergie et de la matière de l'univers. Cependant, cela ne nous avance pas beaucoup plus dans la compréhension de ce phénomène.
Preuve
Cela semble très spéculatif, dites-vous? En effet, une théorie ne devient science que si elle peut également être confirmée expérimentalement. Et c'est exactement ce qu'affirment les scientifiques de l'expérience BICEP2. La période extrême d'inflation a dû s'accompagner de gigantesques ondes de choc spatio-temporelles qui ont sillonné l'univers. L'existence de telles ondes gravitationnelles a longtemps été supposée, mais ce phénomène n'a jamais été observé expérimentalement jusqu'à aujourd'hui. Cependant, ces ondes gravitationnelles auraient laissé une empreinte dans le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes. Tout comme la lumière diffusée dans notre atmosphère (pensez à vos lunettes de soleil avec filtre polarisant), le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes est également polarisé. Autrement dit, l'onde électromagnétique qui compose la lumière oscille dans une direction spécifique. Une forte onde gravitationnelle au moment de la libération du rayonnement de fond doit avoir déterminé cette direction de polarisation. Vous pouvez le comparer aux ondulations laissées dans le sable par les vagues qui s'échouent sur la plage.
On sait depuis un certain temps que la force de polarisation et la direction du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes varient en fonction de l'endroit où vous regardez. Cela est dû en partie à l'attraction gravitationnelle des galaxies massives qui rencontrent des photons du rayonnement de fond au cours de leur voyage de près de 14 milliards d'années à travers l'univers. Cependant, les scientifiques du BICEP2 ont maintenant mesuré avec précision la force de polarisation et la direction du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes et affirment que les "torsions" dans leur observation ne peuvent pas être expliquées par de tels effets seuls. Le rayonnement de fond montrerait une empreinte initiale due aux ondes gravitationnelles.
Nobel ?
Cependant, le résultat de BICEP2 n'est pas entièrement exempt de controverse. Des expériences antérieures (WMAP, Planck) ont également mesuré la polarisation du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes et n'ont trouvé aucune preuve d'ondes gravitationnelles. Et bien que les scientifiques du BICEP affirment avoir mesuré les ondulations de la polarisation avec un degré de certitude très élevé (l'observation s'écarte de l'hypothèse nulle de plus de 5 écarts-types (5σ), eux-mêmes admettent qu'elles sont non cosmologiques ne peuvent que exclure les causes avec une certitude de 2,2σ, ce qui ne correspond pas vraiment à la norme pour une découverte normalement utilisée.
La réalisation de l'équipe BICEP2 est incontestablement héroïque et le résultat très prometteur. Comme toujours dans la recherche scientifique, cependant, il reste encore un certain nombre de questions auxquelles il faut répondre et une confirmation indépendante du résultat. Cependant, si c'est correct, je sais déjà sur qui parier pour le lauréat du prochain prix Nobel !
