Onde gravitationnelle primordiale
Une onde gravitationnelle primordiale est un type hypothétique d'onde gravitationnelle émise durant l'univers primordial, peu de temps après le Big Bang. Les ondes émises durant cette période seraient observables sous la forme d'un fond stochastique d'ondes gravitationnelles. Le modèle standard de la cosmologie ne prévoit pas l'émission de telles ondes ; leur détection représenterait ainsi une découverte importante[1].
Mécanisme
modifierPlusieurs phénomènes physiques de l'univers primordial sont susceptibles d'émettre des ondes gravitationnelles[1].
Transitions de phase
modifierLes théories actuelles sur l'univers jeune prévoient un passage par une ou plusieurs transitions de phases à l'échelle cosmique, marquant un changement de l'état global de l'univers alors que celui-ci refroidit. Si cette transition de phase est discontinue (« du premier ordre »), des ondes gravitationnelles peuvent être générées. En particulier, ce type de transition implique la formation de « bulles », dont la collision génère des ondes gravitationnelles. La nature exacte de la transition de phase, et donc du signal gravitationnel émis, dépend fortement du modèle considéré ; il existe un grand nombre de théories impliquant des transitions de phase du premier ordre[2],[1].
Défauts topologiques
modifierCertaines théories prévoient la formation de défauts topologiques dans la structure de l'univers, en particulier des cordes cosmiques. Celles-ci proviennent de transitions de phase brisant la symétrie, quel que soit leur ordre (là où l'émission directe d'ondes gravitationnelles n'a lieu que pour celles du premier ordre). Ces cordes cosmiques représentent une vaste quantité d'énergie ; leur oscillation émettrait des ondes gravitationnelles[3]. D'autres types de défauts, comme des murs ou des monopôles, pourraient également en émettre, mais les cordes cosmiques restent le candidat principal[1].
Perturbations scalaires
modifierLe phénomène d'inflation (caractérisé par une expansion extrêmement rapide de l'univers dans ses tout premiers instants) donne naissance à une structure à large échelle de la répartition de l'énergie dans l'univers, qualifiée de « perturbations scalaires ». Ces perturbations donnent naturellement naissance à des ondes gravitationnelles ; certains modèles d'inflation pourraient induire des ondes gravitationnelles à un niveau suffisant pour être détectable (cela implique cependant des phénomènes supplémentaires par rapport au scénario "de base", comme une transition de phase soudaine)[4],[5],[1].
Inflation
modifierL'inflation peut aussi émettre des ondes gravitationnelles directement. Celles-ci sont a priori hors de portée de la détection directe ; elles pourraient cependant être observées via leur impact sur le fond diffus cosmologique[6],[1].
Reheating
modifierLes modèles d'inflation prédisent généralement une phase de « réchauffage » (reheating), durant laquelle l'énergie ayant généré l'inflation se convertit en formes plus standard d'énergie et de particules. Dans certains scénarios, cette phase peut résulter en émission d'ondes gravitationnelles ; c'est notamment le cas pour les modèles d'inflation « chaotique »[1].
Observations
modifierEn , la revue Nature publie un article affirmant que BICEP2 a réalisé les premières observations de traces d'ondes gravitationnelles primordiales dans le signal observé du fond diffus cosmologique électromagnétique émis quelque 380 000 années après le Big Bang, ce qui conforte l'hypothèse selon laquelle l'Univers aurait connu une période inflationniste. C'est dans une carte de la polarisation de ce signal que ces traces d'ondes gravitationnelles primordiales ont été mises en évidence[7].
Les résultats publiés dans Nature ont cependant été remis en question par d'autres chercheurs[8],[9]. De nouveaux résultats, cette fois obtenus avec le satellite Planck, ont été publiés à l'automne 2014. En , il est déterminé que le signal observé n'était pas dû à des ondes gravitationnelles primordiales, mais plutôt à la polarisation par la poussière interstellaire présente à l'intérieur de la Voie lactée[10].
Notes et références
modifier- 1 2 3 4 5 6 7 (en) Rishav Roshan et Graham White, « Using gravitational waves to see the first second of the Universe », Reviews of Modern Physics, vol. 97, no 1, (ISSN 0034-6861 et 1539-0756, DOI 10.1103/RevModPhys.97.015001, lire en ligne, consulté le )
- ↑ Anupam Mazumdar et Graham White, « Review of cosmic phase transitions: their significance and experimental signatures », Reports on Progress in Physics, vol. 82, no 7, , p. 076901 (ISSN 0034-4885 et 1361-6633, DOI 10.1088/1361-6633/ab1f55, lire en ligne)
- ↑ Michele Maggiore, Gravitational Waves: Volume 2: Astrophysics and Cosmology, Oxford University Press USA - OSO, (ISBN 978-0-19-107447-9)
- ↑ (en) Daniel Baumann, Paul Steinhardt, Keitaro Takahashi et Kiyotomo Ichiki, « Gravitational wave spectrum induced by primordial scalar perturbations », Physical Review D, vol. 76, no 8, (ISSN 1550-7998 et 1550-2368, DOI 10.1103/PhysRevD.76.084019, lire en ligne, consulté le )
- ↑ (en) Guillem Domenech, « Scalar Induced Gravitational Waves Review », Universe, vol. 7, no 11, , p. 398 (ISSN 2218-1997, DOI 10.3390/universe7110398, lire en ligne, consulté le )
- ↑ (en-US) « The effect of primordially produced gravitons upon the anisotropy of the cosmological microwave background radiation », Physics Letters B, vol. 125, no 6, , p. 445–448 (ISSN 0370-2693, DOI 10.1016/0370-2693(83)91322-9, lire en ligne, consulté le )
- ↑ (en) Ron Cowen, « Telescope captures view of gravitational waves », Nature,
- ↑ « Détection du Big Bang : oups, les chercheurs américains se sont peut-être trompés », sur lexpress.fr,
- ↑ « Des poussières brouillent l’écho du Big Bang », sur lemonde.fr,
- ↑ Cowen, Gravitational waves discovery now officially dead, Nature, 30 janvier 2015.
