La forme étrange de la matière noire visqueuse, qui représente la majeure partie de la matière dans l'univers, pourrait avoir un effet surprenant sur son évolution précoce - et rendre les ondulations du Big Bang plus faciles à détecter. On sait que la matière noire est une substance mystérieuse qui représente 80% de la substance de notre monde, mais n'interagit avec la matière ordinaire que par gravitation. Pour le moment, le candidat le plus populaire pour la matière noire est considéré comme les WIMP (WIMP), des particules massives faiblement interagissantes, mais des décennies de recherche de cette particule n'ont abouti à rien. Les WIMP prédisent également des choses spécifiques que nous ne voyons pas dans l'Univers, comme un essaim de mini-galaxies autour de la Voie lactée.
Il existe d'autres candidats à la matière noire. Par exemple, Paul Shapiro de l'Université du Texas à Austin et ses collègues ont déjà exploré une forme alternative de matière noire qui comprend des particules appelées bosons, qui - contrairement aux WIMP et à la matière ordinaire - peuvent être dans le même état quantique. Cette propriété pourrait également leur permettre de se fondre dans un état étrange et visqueux de la matière - un condensat de Bose-Einstein (BEC), dans lequel une population d'une particule se comporte comme un seul objet quantique.
Aujourd'hui, Shapiro et son étudiant diplômé Buha Li étudient comment cette forme de matière noire aurait pu affecter l'univers primitif.
Poussée de croissance
Les cosmologistes ont l'habitude de penser que dans les premiers instants de son existence, l'univers a connu une poussée de croissance exponentielle. Cette expansion, qui a eu lieu dans les premières secondes après le Big Bang, s'appelle l'inflation et était censée envoyer des ondulations relativistes à travers l'espace-temps - des ondes gravitationnelles primordiales (ou primitives, appelez-le comme vous voulez).
Les physiciens pensaient voir des preuves de ces ondes lorsqu'ils ont travaillé avec le télescope BICEP2 en 2013, mais ce n'est pas le cas. Mais plus tôt cette année, l'expérience LIGO a vu des ondes gravitationnelles de trous noirs entrer en collision, ce qui a prouvé que de telles ondes existent réellement.
Dans l'image standard, ces ondes gravitationnelles primordiales devraient être si petites que LIGO ne les verra jamais. «Quelque chose de complètement différent se passe dans notre modèle», déclare Shapiro. "La matière noire change de comportement si nous remontons le temps."
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Bien que la matière noire visqueuse se comporte exactement de la même manière que les WIMP aujourd'hui, les calculs des scientifiques montrent qu'au début, son comportement a changé: elle n'agissait pas comme la matière, mais comme le rayonnement. En remontant encore plus loin dans le temps, la matière noire était plus dense et se comportait comme un liquide, résistant à la compression.
«Lorsque nous essayons de le briser, nous devons garder à l'esprit la pression», dit Shapiro. - Quand vous le rassemblez en tas, il veut gonfler. Nous semblons remplir l'Univers de liquide."
Les scientifiques ne s'attendaient pas à trouver cela.
Cette élasticité signifie que cette étrange matière noire visqueuse a peut-être ralenti le taux d'expansion de l'univers à ce moment-là. À partir de la toute fin de l'inflation, l'univers se développerait beaucoup plus lentement avec la matière noire que sans elle.
Mais les ondes gravitationnelles primaires auraient dû traverser le jeune Univers à la même vitesse qu'auparavant. Et comme ils étaient plus faciles à imprimer sur l'arrière-plan, ils pourraient être plus faciles à repérer.
Ondes primaires
Lors d'une conférence lors d'une réunion de l'American Physical Society à Salt Lake City, dans l'Utah, le mois dernier, un couple de scientifiques a déclaré qu'une telle matière noire pourrait supprimer suffisamment l'expansion pour que les ondes gravitationnelles primordiales soient détectées par les forces LIGO.
«Dans l'histoire standard, sans notre matière noire, ils seront bien en dessous de la limite à laquelle les détecteurs d'ondes gravitationnelles, actuels ou futurs, peuvent les détecter. Mais notre modèle montre qu'il y a encore de l'espoir."
Tanya Rejimbo de l’équipe LIGO souligne que, comme il y a tellement de choses que nous ne savons pas à quoi ressemblait le premier univers, il est impossible de dire avec certitude une telle possibilité. À son avis, rien ne garantit que ces ondes existent ou que nos futurs détecteurs pourront les voir. Mais ce travail est intéressant car il offre une telle opportunité.
ILYA KHEL