mercredi , 22 novembre 2017

Calcul d’un “Oscillon”, source d’ondes gravitationnelles après le Big Bang

Pour la première fois, des physiciens théoriciens proposent le calcul d’un signal d’une source particulière d’onde gravitationnelle qui a émergé quelques fractions de seconde après le Big Bang. La source du signal est un phénomène cosmologique hypothétique connu comme l’oscillon.


Calcul d’un “Oscillon”, source d’ondes gravitationnelles après le Big Bang
Une simulation informatique sur le signal d'un oscillon qui est un phénomène cosmologique hypothétique qui s'est produit après le Big Bang - University of Basel, Department of Physics
Albert Einstein avait prédit l’existence des ondes gravitationnelles, mais il a fallu attendre la détection du LIGO en 2015 pour avoir la preuve de leur existence. Ces ondes gravitationnelles provenaient de la fusion de 2 trous noirs. Et les ondes gravitationnelles sont totalement différentes des autres types d’ondes. Quand elles se déplacent à travers l’univers, elles déforment le continuum de l’espace-temps. En d’autres termes, elles déforment la géométrie de l’espace. Toutes les masses en accélération émettent des ondes gravitationnelles incluant les humains et tous les objets en mouvement, mais on peut uniquement détecter celles qui proviennent de masses très denses telles que les trous noirs, des étoiles à neutron ou des supernovas.

Les ondes gravitationnelles qui nous amènent des informations du Big Bang

Mais les ondes gravitationnelles ne proposent pas seulement des informations de fusion de trou noir et d’étoiles à neutrons, mais également sur la formation de l’univers. Pour en apprendre plus sur cette phase primordiale de l’univers, le professeur Stefan Antusch et son équipe du département de physique de l’université de Basel mène des recherches sur une origine stochastique (aléatoire) des ondes gravitationnelles. Cette origine consiste en des ondes gravitationnelles provenant de nombreuses sources qui se chevauchent sur une grande variété de fréquences. Les physiciens ont calculé les plages fréquentielles et les intensités des ondes qu’on peut tester dans des expériences. Leurs travaux ont été publié dans la revue Physical Review Letters. 1

Un univers comprimé à l’extrême

Après le Big Bang, l’univers que nous connaissons aujourd’hui était une boule dense, compacte et ultra-chaude. Il avait la taille d’un ballon de foot selon Antusch. Tout l’univers était comprimé dans cet espace infime et cet environnement était d’une turbulence extrême. La cosmologie moderne suppose que dans ces instants primordiaux, l’univers était dominé par une particule connue comme l’inflaton et son champ associé.

Les oscillons produisent un signal suffisamment puissant

L’inflation cosmologique est passée par des fluctuations intensives et ces dernières avaient des propriétés spéciales. Ces fluctuations ont formé des amas ce qui a provoqué leurs oscillations dans des régions localisées de l’espace. On connait ces espaces comme des oscillons et on peut les imaginer comme des ondes très puissantes. Bien que les oscillons aient disparu depuis longtemps, les ondes gravitationnelles qu’elles ont émises sont toujours présentes et on peut les utiliser pour s’enfoncer profondément dans le passé de l’univers.

En utilisant des simulations numériques, ce physicien théoricien et son équipe ont été capables de calculer la forme du signal de l’oscillon qui a été émis quelques fractions de seconde après le Big Bang. Et la simulation montre que le signal possède un pic bien plus élevé et plus large que les ondes gravitationnelles. Avant nos calculs, nous n’aurions pas imaginé que les oscillons puissent produire un signal aussi fort à une fréquence spécifique selon Antusch. Mais la seconde étape, sans doute la plus difficile, sera de prouver l’existence de ce signal avec les détecteurs d’ondes gravitationnelles. Cela reste des travaux extrêmement théoriques, mais cela montre que la détection du LIGO permet désormais d’aller dans des recoins de l’univers où on pensait qu’il était impossible de s’y aventurer il n’y a pas si longtemps.

Sources

1.
Antusch S, Cefalà F, Orani S. Gravitational Waves from Oscillons after Inflation. Phys Rev Lett. 2017;118(1). doi: 10.1103/physrevlett.118.011303
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A propos de Jacqueline Charpentier

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Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d’emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l’actualité scientifique et celle de la santé.

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