Une équipe de physiciens théoriciens de l’Université de Bâle, en Suisse, a découvert que dans l’Univers très primitif, les oscillons – de fortes fluctuations localisées du champ d’inflaton – peuvent agir comme des “usines à ondes gravitationnelles”.
Selon Antusch et alles oscillons ont produit un pic caractéristique dans le spectre autrement large des ondes gravitationnelles. Crédit image : Université de Bâle.
Bien qu’Albert Einstein ait déjà prédit l’existence des ondes gravitationnelles, leur existence n’a pas été réellement prouvée avant l’automne 2015, lorsque l’observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO) a observé les ondes produites par la fusion de deux trous noirs.
Les ondes gravitationnelles sont différentes de toutes les autres ondes connues. Lorsqu’elles se déplacent dans l’Univers, elles rétrécissent et étirent le continuum espace-temps ; en d’autres termes, elles déforment la géométrie de l’espace lui-même.
Bien que toutes les masses en accélération émettent des ondes gravitationnelles, celles-ci ne peuvent être mesurées que lorsque la masse est extrêmement grande, comme c’est le cas des trous noirs ou des supernovas.
Cependant, les ondes gravitationnelles ne fournissent pas seulement des informations sur les événements astrophysiques majeurs de ce type, mais offrent également un aperçu de la formation de l’Univers lui-même.
Afin d’en savoir plus sur cette étape de l’Univers, le professeur Stefan Antusch et ses collègues du Groupe de particules et de cosmologie 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 les unes les autres, produisant ensemble un large spectre de fréquences.
“Peu 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”, a déclaré le professeur Antusch.
“L’Univers entier était comprimé dans ce très petit espace, et il 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.”
L’inflaton subissait des fluctuations intensives, qui avaient des propriétés particulières.
Elles formaient par exemple des amas, ce qui les faisait 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”, a déclaré le professeur Antusch.
A l’aide de simulations numériques, les physiciens ont pu calculer la forme du signal d’un oscillon.
Il apparaît comme un pic prononcé dans le spectre autrement assez 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”, a déclaré le professeur Antusch.
“Maintenant, dans une deuxième étape, les physiciens expérimentaux doivent réellement prouver l’existence du signal en utilisant des détecteurs.”
Les résultats de l’équipe ont été publiés dans l’édition du 6 janvier 2017 de la revue. Physical Review Letters.
