Pour la première fois, des physiciens théoriciens de l'Université de Bâle ont calculé le signal de sources d'ondes gravitationnelles spécifiques qui ont émergé quelques fractions de seconde après le Big Bang. La source du signal est un phénomène cosmologique perdu depuis longtemps appelé "oscillon". Le journal Lettres d'examen physique a publié les résultats.

Bien qu'Albert Einstein ait déjà prédit l'existence des ondes gravitationnelles, leur existence n'a été réellement prouvée qu'à l'automne 2015, lorsque des détecteurs très sensibles recevaient les ondes formées lors de la fusion de deux trous noirs. Les ondes gravitationnelles sont différentes de toutes les autres ondes connues. Alors qu'ils voyagent à travers l'univers, ils rétrécissent et étirent le continuum espace-temps; en d'autres termes, ils déforment la géométrie de l'espace lui-même. Bien que toutes les masses en accélération émettent des ondes gravitationnelles, ceux-ci ne peuvent être mesurés que lorsque la masse est extrêmement grande, comme c'est le cas pour les trous noirs ou les supernovas.

Les ondes gravitationnelles transportent les informations du Big Bang

Cependant, les ondes gravitationnelles fournissent non seulement des informations sur les événements astrophysiques majeurs de ce type, mais offrent également un aperçu de la formation de l'univers lui-même. Pour en savoir plus sur cette étape de l'univers, Le professeur Stefan Antusch et son équipe du Département de physique de l'Université de Bâle mènent des recherches sur ce que l'on appelle le fond stochastique des ondes gravitationnelles. Ce fond est constitué d'ondes gravitationnelles provenant d'un grand nombre de sources qui se chevauchent, ensemble produisant un large spectre de fréquences. Les physiciens bâlois calculent les gammes de fréquences et les intensités prévues pour les ondes, qui peuvent ensuite être testés expérimentalement.

Un univers très compressé

Peu de temps après le Big Bang, l'univers que nous voyons aujourd'hui était encore très petit, dense, et chaud. " Imaginez quelque chose de la taille d'un ballon de football, " explique Antusch. L'univers entier a été compressé dans ce très petit espace, et c'était extrêmement turbulent. La cosmologie moderne suppose qu'à cette époque l'univers était dominé par une particule connue sous le nom d'inflaton et son champ associé.

Les oscillations génèrent un signal puissant

L'inflaton a subi des fluctuations intenses, qui avait des propriétés particulières. Ils ont formé des touffes, par exemple, les faisant osciller dans des régions localisées de l'espace. Ces régions sont appelées oscillons et peuvent être imaginées comme des ondes stationnaires. "Bien que les oscillons aient depuis longtemps cessé d'exister, les ondes gravitationnelles qu'ils ont émises sont omniprésentes - et nous pouvons les utiliser pour regarder plus loin dans le passé que jamais auparavant, " dit Antusch.

A l'aide de simulations numériques, le physicien théoricien et son équipe ont pu calculer la forme du signal de l'oscillon, qui a été émis quelques fractions de seconde seulement après le Big Bang. Il apparaît comme un pic prononcé dans le spectre par ailleurs plutôt large des ondes gravitationnelles. "Nous n'aurions pas pensé avant nos calculs que les oscillons pouvaient produire un signal aussi fort à une fréquence spécifique, " explique Antusch. Maintenant, dans un deuxième temps, les physiciens expérimentateurs doivent effectivement prouver l'existence du signal à l'aide de détecteurs.