Au cours de la prochaine décennie, les cosmologistes tenteront d'observer les premiers moments de l'Univers, espérant prouver une théorie populaire. Ils chercheront des ondes de gravité extrêmement faibles pour mesurer la lumière primordiale, à la recherche de preuves convaincantes de la théorie de l'inflation cosmique, qui propose qu'une fluctuation aléatoire et microscopique de la densité dans le tissu de l'espace et du temps a donné naissance à l'Univers dans un grand chaud il y a environ 13,7 milliards d'années. Un nouvel instrument appelé polarimètre est en cours de connexion au télescope du pôle Sud (SPT), qui fonctionne à des longueurs d'onde submillimétriques, entre les micro-ondes et l'infrarouge sur le spectre électromagnétique. La théorie de la relativité générale d'Einstein prédit que l'inflation cosmique devrait produire les ondes de gravité faibles.
La théorie de l'inflation propose une période d'expansion extrêmement rapide et exponentielle de l'Univers au cours de ses premiers instants précédant l'expansion plus progressive du Big Bang, période pendant laquelle la densité d'énergie de l'Univers était dominée par un type cosmologique constant d'énergie sous vide qui plus tard décomposé pour produire la matière et le rayonnement qui remplissent le Space Magazine.
En 1979, le physicien Alan Guth a proposé la théorie de l'inflation cosmique, qui prédit également l'existence d'un nombre infini d'univers. Malheureusement, les cosmologistes n'ont aucun moyen de tester cette prédiction particulière.
«Puisque ce sont des univers séparés, par définition, cela signifie que nous ne pouvons jamais avoir aucun contact avec eux. Rien de ce qui s'y passe n'a d'impact sur nous », a déclaré Scott Dodelson, scientifique au Laboratoire national des accélérateurs de Fermi et professeur en astronomie et astrophysique à l'Université de Chicago.
Mais il existe un moyen de sonder la validité de l'inflation cosmique. Le phénomène aurait produit deux classes de perturbations. Le premier, les fluctuations de la densité des particules subatomiques se produisent continuellement dans tout l'univers, et les scientifiques les ont déjà observées.
"Habituellement, ils se déroulent à l'échelle atomique. Nous ne les remarquons même pas », a déclaré Dodelson. Mais l'inflation étirerait instantanément ces perturbations dans des proportions cosmiques. «Cette image fonctionne réellement. Nous pouvons calculer à quoi devraient ressembler ces perturbations, et il s'avère qu'elles ont exactement raison de produire les galaxies que nous voyons dans l'univers. »
La deuxième classe de perturbations serait constituée par les ondes de gravité - les distorsions einsteiniennes dans l'espace et le temps. Les ondes de gravité seraient également promues à des proportions cosmiques, peut-être même assez fortes pour que les cosmologistes les détectent avec des télescopes sensibles réglés sur la fréquence appropriée du rayonnement électromagnétique.
Si le nouveau polarimètre est suffisamment sensible, les scientifiques devraient pouvoir détecter les ondes.
"Si vous détectez des ondes de gravité, cela vous en dit long sur l'inflation de notre univers", a déclaré John Carlstrom de l'Université de Chicago, qui a développé le nouvel instrument. Carlstrom a déclaré que la détection des vagues exclurait diverses idées concurrentes pour l'origine de l'univers. «Il y en a moins qu'avant, mais ils ne prédisent pas que vous ayez un big bang aussi extrême et chaud, cette fluctuation quantique, pour commencer», a-t-il déclaré. Ils ne produiraient pas non plus des ondes de gravité à des niveaux détectables.
Une simulation à ce lien décrit les distorsions dans l'espace et le temps à l'échelle subatomique, le résultat de fluctuations quantiques se produisant en continu dans tout l'univers. Vers la fin de la simulation, l'inflation cosmique commence à étirer l'espace-temps aux proportions cosmiques de l'univers.
Les cosmologistes utilisent également le SPT dans leur quête pour résoudre le mystère de l'énergie sombre. Force répulsive, l'énergie sombre repousse l'univers et submerge la gravité, la force d'attraction exercée par toute matière.
L'énergie sombre est invisible, mais les astronomes sont en mesure de voir son influence sur les amas de galaxies qui se sont formés au cours des derniers milliards d'années.
Le SPT détecte le rayonnement du fond micro-ondes cosmique (CMB), la rémanence du big bang. Les cosmologistes ont extrait une fortune de données du CMB, qui représentent les tambours et les cornes puissants de la symphonie cosmique. Mais maintenant, la communauté scientifique a les oreilles penchées pour les sons d'un instrument plus subtil - les ondes gravitationnelles - qui sous-tendent le CMB.
"Nous avons ces composants clés dans notre image de l'univers, mais nous ne savons vraiment pas ce que la physique produit", a déclaré Dodelson à propos de l'inflation, de l'énergie sombre et de la matière noire tout aussi mystérieuse. "Le but de la prochaine décennie est d'identifier la physique."
Source: Université de Chicago
