La collaboration NANOGrav a récemment capturé les premiers signes d'ondes gravitationnelles à très basse fréquence. Le professeur Pedro Schwaller et Wolfram Ratzinger ont analysé les données et, en particulier, envisagé la possibilité de savoir si cela peut pointer vers une nouvelle physique au-delà du modèle standard. Dans un article publié dans la revue SciPost Physique , ils rapportent que le signal est cohérent à la fois avec une transition de phase dans l'univers primitif et la présence d'un champ de particules de type axion (ALP) extrêmement légères. Ces derniers sont considérés comme des candidats prometteurs pour la matière noire.

Les ondes gravitationnelles ouvrent une fenêtre sur l'univers primitif. Alors que le fond diffus cosmologique omniprésent ne donne aucun indice sur les 300 premiers, 000 ans de notre univers, ils donnent un aperçu de ce qui s'est passé pendant le Big Bang. "C'est exactement cet univers très ancien qui est si excitant pour les physiciens des particules, " explique Pedro Schwaller, Professeur de physique théorique au sein du pôle d'excellence PRISMA+ de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU). "C'est le moment où les particules élémentaires comme les quarks et les gluons sont présentes, puis se combinent pour former les éléments constitutifs des noyaux atomiques."

La particularité des ondes gravitationnelles que la Collaboration NANOGrav a détectées pour la première fois est qu'elles ont une fréquence très basse de 10 ^-8 Hertz, ce qui équivaut à environ une oscillation par an. En raison de leur longueur d'onde correspondante, afin de les détecter, tout détecteur devrait également être tout aussi grand. Comme un tel détecteur n'est pas possible ici sur Terre, les astronomes de NANOGrav utilisent des pulsars lointains et leurs signaux lumineux comme d'énormes détecteurs.

Wolfram Ratzinger décrit la motivation de leur travail :« Même si jusqu'à présent les données ne nous fournissent qu'un premier indice de l'existence d'ondes gravitationnelles à basse fréquence, c'est toujours très excitant pour nous de travailler avec eux. C'est parce que de telles ondes pourraient être produites par divers processus qui se sont produits dans l'univers primitif. Nous pouvons maintenant utiliser les données dont nous disposons déjà pour décider, lesquelles entrent en ligne de compte et lesquelles ne correspondent pas du tout aux données. »

Par conséquent, les scientifiques basés à Mayence ont décidé d'examiner de près deux scénarios qui auraient pu provoquer les ondes gravitationnelles observées :les transitions de phase dans l'univers primitif et un champ de matière noire de particules de type axion (ALP) extrêmement légères. De telles transitions de phase se produisent en raison de la chute de température dans la soupe primordiale après le Big Bang et entraînent des turbulences massives. comme la matière noire, ils ne sont pas couverts par le modèle standard.

Sur la base des données disponibles, Pedro Schwaller et Wolfram Ratzinger interprètent les résultats de leur analyse avec une relative prudence :« Le scénario de transition de phase précoce est peut-être légèrement plus probable. D'autre part, les deux physiciens pensent que le fait qu'ils soient capables d'élaborer certaines possibilités basées uniquement sur des données limitées prouve le potentiel de leur approche. « Notre travail est une première, mais un développement important - cela nous donne beaucoup de confiance qu'avec des données plus précises, nous pouvons tirer des conclusions fiables sur le message que les ondes gravitationnelles nous envoient depuis l'univers primitif."

"En outre, " Pedro Schwaller conclut, « on peut déjà commencer à cerner certaines caractéristiques des scénarios et leur imposer des contraintes, dans notre cas, la force de la transition de phase et la masse des axions."