Des scientifiques américains, à l'aide d'outils mathématiques, ont décrit les inhomogénéités du rayonnement de fond cosmique micro-ondes qui s'est produit immédiatement après l'origine de l'Univers. Les auteurs estiment que leurs résultats confirment la justesse de l'hypothèse du Big Bounce, selon laquelle l'émergence de notre univers a été le résultat de l'effondrement d'un univers "antérieur". Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.
Alors que la théorie de la relativité générale d'Einstein explique un large éventail de phénomènes astrophysiques et cosmologiques, certaines propriétés de l'univers restent un mystère. En particulier, il ne peut expliquer la distribution inégale des galaxies et de la matière noire dans l'espace.
Depuis les années 1980, le personnel de l'Université Penn State a développé un paradigme cosmologique basé sur le concept de la gravitation quantique en boucle. Ce paradigme, appelé cosmologie quantique en boucle, décrit toutes les grandes structures modernes de l'Univers comme des fluctuations quantiques de l'espace-temps qui ont eu lieu à la naissance du monde.
Selon la théorie généralement acceptée du Big Bang, tout a commencé par une singularité - un état dans lequel toute la matière et l'énergie étaient compressées en un seul point. Puis, en une première fraction de seconde, pendant une période appelée inflation, le cosmos a pris des proportions énormes. Mais la théorie du Big Bang n'explique pas ce qui s'est passé avant la singularité, donc cet état ne peut pas être décrit en termes des lois de la physique et des mathématiques.
Les scientifiques de la Pennsylvania State University soutiennent l'hypothèse alternative du Big Bounce, selon laquelle l'univers en expansion actuel est né de la masse supercompressée de l'univers de la phase précédente. Pour décrire cet état, ils utilisent un appareil mathématique universel qui combine la mécanique quantique et la théorie de la relativité.
Les auteurs retracent l'origine de la structure de l'Univers aux plus petites inhomogénéités enregistrées dans le contexte du rayonnement de relique cosmique de fond micro-ondes, qui a été émis lorsque l'Univers n'avait que 380 mille ans.
Mais ce rayonnement lui-même présente trois anomalies mystérieuses difficiles à expliquer en utilisant la physique classique. Ces écarts sont si graves que de nombreux physiciens ont commencé à parler d'une crise cosmologique.
Dans une nouvelle étude, les scientifiques affirment que, du point de vue de la cosmologie quantique en boucle, la description de l'inflation supprime deux anomalies majeures dans la distribution CMB.
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«En utilisant la cosmologie de la boucle quantique, nous avons naturellement résolu deux de ces anomalies, évitant une crise potentielle», a déclaré le co-auteur Donghui Jeong, professeur associé au Département d'astronomie et d'astrophysique, dans un communiqué de presse universitaire. "La présence de ces anomalies suggère que nous vivons dans un univers exceptionnel."
Les auteurs pensent que les inhomogénéités du CMB sont le résultat d'inévitables fluctuations quantiques dans l'Univers primitif. Pendant la phase accélérée d'expansion - l'inflation - ces fluctuations initialement minuscules ont été étirées par la gravité, reflétées dans les irrégularités observées.
«Le paradigme inflationniste standard, basé sur la relativité générale, considère l'espace-temps comme un continuum fluide», a déclaré le premier auteur de l'article, le professeur Abhay Ashtekar, directeur du Pennsylvania Institute of Gravity and Space. - Le tissu de la chemise ressemble également à une surface bidimensionnelle, mais en y regardant de plus près, vous pouvez voir qu'il est tissé à partir de fils unidimensionnels densément emballés. De la même manière, des fils quantiques sont tissés dans le tissu de l'espace-temps. Compte tenu de ces brins, la cosmologie quantique en boucle nous permet d'aller au-delà du continuum décrit par la relativité générale."
Les scientifiques espèrent que de nouvelles missions satellitaires telles que LiteBIRD et Cosmic Origins Explorer, visant à détecter des traces d'ondes gravitationnelles primaires dans le contexte du CMB, confirmeront leurs découvertes.
