Les astronomes américains annoncent la première preuve expérimentale de l'expansion rapide de l'univers juste après le Big Bang. Le physicien des particules Pierre Van Mechelen (UAntwerp) salue cette découverte majeure.
Pendant trois ans, les scientifiques de l'expérience BICEP2 au pôle Sud ont observé la rémanence du Big Bang. Ils rapportent aujourd'hui la détection d'ondes gravitationnelles primordiales issues de l'inflation cosmique, survenue peu après la création de l'univers. Si confirmée, cette observation constitue la première preuve directe de ces ondes et de la théorie de l'inflation.
Il y a environ 13,8 milliards d'années, l'univers est né d'une explosion colossale : le Big Bang. Bien que le "comment" et le "pourquoi" initial restent mystérieux, nous disposons d'un modèle solide des événements postérieurs. À l'origine, l'univers était une soupe primordiale étouffante de particules élémentaires : quarks, gluons, photons et autres. Cette plasma opaque emprisonnait les photons, absorbés et réémis en continu par les particules environnantes.
Ce n'est qu'après 380 000 ans que l'univers s'est suffisamment refroidi pour que les protons capturent des électrons, formant des atomes neutres. L'univers devint alors transparent : les photons furent libérés pour la dernière fois et voyagent encore aujourd'hui. Ce rayonnement cosmologique de fond (CMB), découvert en 1965 par Arno Penzias et Robert Wilson, correspond à un spectre de corps noir à 2,725 K (-270,4 °C), étiré par l'expansion (effet Doppler).
Cependant, le CMB pose un problème : sa température est uniforme à 2,725 K quelle que soit la direction, hormis de minuscules fluctuations. Cela implique une distribution de matière trop homogène pour être plausible, car la gravité aurait dû amplifier les irrégularités dès les débuts.
Pour résoudre cette énigme et d'autres, Alan Guth proposa en 1980 la théorie de l'inflation : une expansion exponentielle ultra-rapide peu après le Big Bang, lissant les inhomogénéités et expliquant l'univers plat et homogène observé.
Les causes de cette inflation et son arrêt demeurent mystérieux. Par ailleurs, l'expansion s'accélère aujourd'hui sous l'effet de l'énergie noire, qui représente ~70 % du contenu énergétique de l'univers.
La preuve
Une théorie scientifique exige une validation expérimentale. L'équipe BICEP2 affirme l'avoir obtenue. L'inflation aurait généré d'immenses ondes gravitationnelles, prédites par la relativité générale mais jamais observées directement. Ces ondes auraient imprimé un motif spécifique de polarisation (modes B) dans le CMB.
Comme la lumière polarisée par l'atmosphère (pensez aux lunettes polarisantes), le CMB est polarisé. Les ondes gravitationnelles primordiales auraient torsadé cette polarisation, tel un sillage de vagues sur le sable.
Des missions comme WMAP et Planck avaient déjà mesuré cette polarisation, sans déceler de signal clair. BICEP2, avec un télescope optimisé au pôle Sud, rapporte un signal à plus de 5σ de l'hypothèse nulle, non explicable par la poussière interstellaire (à 2,2σ).
Vers un Nobel ?
Ce résultat suscite des débats : des expériences antérieures n'avaient rien vu, et la distinction du bruit cosmologique reste à affiner. Néanmoins, l'exploit technique de BICEP2 est remarquable. Une confirmation indépendante est attendue, mais si vérifiée, elle pourrait valoir un prix Nobel à ses auteurs !
