Pran Nath, professeur émérite de physique Matthews à la Northeastern University, affirme que « 95 % de l'univers est sombre et invisible à l'œil nu. »
"Cependant, nous savons que l'univers sombre est là grâce à [son] attraction gravitationnelle sur les étoiles", dit-il. Hormis sa gravité, la matière noire n'a jamais semblé avoir beaucoup d'effet sur l'univers visible.
Pourtant, la relation entre ces domaines visibles et invisibles, en particulier lors de la formation de l'univers, est restée une question ouverte.
Aujourd'hui, Nath affirme qu'il existe de plus en plus de preuves que ces deux domaines soi-disant distincts ont en réalité co-évolué.
Grâce à une série de modèles informatiques, Nath et Ph.D. Le candidat Jinzheng Li a découvert que les secteurs visible et caché, comme ils les appellent, ont probablement co-évolué dans les instants qui ont suivi le Big Bang, avec de profondes répercussions sur la façon dont l'univers s'est développé par la suite.
Nath dit qu'il fut un temps où certains physiciens ignoraient effectivement ce secteur caché, car nous pouvons expliquer la plupart de ce qui se passe dans le visible. Autrement dit, si nos modèles peuvent décrire avec précision ce que nous pouvons voir se produire autour de nous, pourquoi s'embêter à essayer de mesurer quelque chose qui n'a aucun effet perceptible ?
"La question est :quelle est l'influence du secteur caché sur le secteur visible ?" demande Nath. "Mais qu'importe ? Nous pouvons tout expliquer."
Mais nous ne pouvons pas tout expliquer, affirme Nath. Il existe des anomalies qui ne semblent pas correspondre au soi-disant « modèle standard » de l'univers.
Selon Nath, le fait que les secteurs visibles et cachés soient mutuellement isolés est une idée fausse, basée sur l'hypothèse « que les secteurs visibles et cachés ont évolué indépendamment les uns des autres ». Nath veut renverser cette hypothèse.
Dans un article publié dans Physical Review D , "Conditions initiales du Big Bang et matière noire cachée auto-interagissante", co-écrit avec Li, Nath souhaite poser ce qu'il appelle "la question la plus importante :comment savons-nous qu'ils ont évolué indépendamment ?"
Pour tester cette hypothèse, Nath et son équipe ont « introduit de faibles interactions » entre les deux secteurs dans leurs modèles du Big Bang. Ces maigres interactions ne suffiraient pas à affecter le résultat, par exemple, des expériences avec des accélérateurs de particules, "mais nous voulions voir quels seraient les effets sur le secteur visible dans son ensemble", explique Nath, "depuis l'époque du Grand Cliquez sur l'heure actuelle."
Même avec des interactions minimes entre les deux secteurs, Nath et son équipe ont découvert que l'influence de la matière noire sur la matière visible dont nous sommes constitués pourrait avoir un impact majeur sur les phénomènes observables.
L’expansion de Hubble – qui dit, dans les termes les plus simples, que les galaxies s’éloignent les unes des autres et donc que l’univers est en expansion – contient par exemple un écart « assez sérieux » entre ce que prédit le modèle standard et ce qui a été observé. . Les modèles de Nath expliquent en partie cette différence.
Une variable majeure est la température du secteur caché pendant le Big Bang.
Le secteur visible, on peut en être quasiment certains, a démarré très chaud au moment du Big Bang. Alors que l'univers se refroidit, dit Nath, "ce que nous voyons est le vestige de cette période de l'univers".
Mais en étudiant l'évolution des deux secteurs, Nath et son équipe ont pu modéliser les deux conditions :un secteur caché qui a démarré à chaud, et un autre secteur caché qui a démarré à froid.
Ce qu'ils ont observé était surprenant :malgré des différences significatives entre les modèles, avec des implications majeures sur l'apparence de l'univers dans les premiers temps, les modèles chauds et froids étaient cohérents avec le secteur visible que nous pouvons observer aujourd'hui.
En d’autres termes, nos mesures actuelles de l’univers visible sont insuffisantes pour confirmer de quel côté le secteur caché est tombé au début :chaud ou froid.
Nath s'empresse de souligner que, plutôt qu'un échec de l'expérience, il s'agit d'un exemple de modèles mathématiques dépassant nos capacités expérimentales actuelles.
Ce n’est pas que la différence entre un secteur caché chaud ou froid n’a aucune incidence sur l’univers visible, mais que nous n’avons pas encore réalisé d’expériences avec une précision suffisamment élevée. Nath mentionne le télescope Webb comme un exemple de la prochaine génération d'outils capables de faire des observations aussi précises.
Le but ultime de tout ce travail de modélisation est de faire de meilleures prédictions sur l'état de l'univers, son fonctionnement et ce que nous découvrirons en regardant de plus en plus profondément dans le ciel nocturne.
À mesure que nos expériences gagneront en précision, les questions intégrées dans les modèles de Nath (le secteur caché était-il chaud ou froid ?) trouveront leurs réponses, et ces modèles clarifiés aideront à prédire les solutions à des questions toujours plus profondes.
"Quelle est la signification de ceci ?" demande Nath. Les êtres humains, dit-il, « veulent trouver leur place dans l'univers ». Et plus encore, « ils veulent répondre à la question :pourquoi existe-t-il un univers ?
"Et nous explorons ces questions. C'est la quête ultime des êtres humains."
Plus d'informations : Jinzheng Li et al, Conditions initiales du Big Bang et matière noire cachée en interaction automatique, Physical Review D (2023). DOI : 10.1103/PhysRevD.108.115008
Informations sur le journal : Examen physique D
Fourni par l'Université Northeastern
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de Northeastern Global News news.northeastern.edu.
