The Early Universe: Inflation and the Inflaton
L’univers primordial a connu une phase d’expansion rapide, connue sous le nom d’inflation. Pendant des décennies, les cosmologistes ont supposé que cette expansion était alimentée par une nouvelle entité dans l’univers, connue sous le nom d’inflaton. Mais de nouvelles recherches suggèrent qu’il aurait été possible de gonfler l’univers sans que rien de nouveau ne provoque cette inflation.
Au cours des années 1970, le physicien Alan Guth a conçu une vision radicale de l’univers extrêmement précoce. Initialement, dans le but de résoudre certaines propriétés problématiques exhibées par la physique à haute énergie dans le jeune univers dense et chaud, il a imaginé un modèle où un nouveau champ quantique, appelé inflaton, alimentait une période courte mais intense d’expansion accélérée stupéfiante, gonflant l’univers de plusieurs ordres de grandeur en moins d’une seconde.
L’inflation persiste en tant qu’hypothèse solide de l’univers primordial car elle résout de nombreux problèmes simultanément. Tout d’abord, elle explique pourquoi le cosmos semble géométriquement plat : il est si vaste que, malgré sa courbure globale, toute région de l’univers apparaît plate. Elle explique également pourquoi les régions de l’univers séparées par de vastes distances sont approximativement les mêmes : elles ont appris à se connaître avant que l’inflation ne les déchire. Plus crucial encore, l’inflation explique comment nous avons obtenu nos structures à grande échelle. L’acte d’inflation a pris l’écume quantique de l’espace-temps et l’a étendue à des échelles plus grandes, posant les bases gravitationnelles qui deviendraient un jour des étoiles, des galaxies et la toile cosmique.
Répliquer les Caractéristiques Observées sans l’Inflaton
Cependant, des mystères subsistent. Nous ne connaissons pas l’identité de l’inflaton, ce qui l’a alimenté, ou pourquoi il s’est éteint. Et nous n’avons aucune preuve concluante que l’inflation s’est réellement produite.
Face à ces défis, peut-être existe-t-il un moyen de reproduire les caractéristiques observées de l’univers sans avoir besoin d’un inflaton. Dans un article récent, des astrophysiciens décrivent un modèle où l’inflation se produit, conduisant à la structure à grande échelle de l’univers, sans qu’aucune nouvelle force ne la propulse.
Le modèle commence par une description de l’espace qui se dilate en raison d’une constante cosmologique, similaire à l’énergie sombre que nous observons dans le cosmos moderne. Dans ce cadre, l’écume quantique effectue son travail habituel, qui consiste à agiter l’espace-temps à des échelles submicroscopiques.
Ces fluctuations créent des ondes gravitationnelles, qui se propagent dans l’espace. Les ondes gravitationnelles seules ne peuvent pas former les bases des structures ultérieures, car elles ont une influence de mauvais type sur l’espace-temps.
Un Modèle Intrigant
Les chercheurs ont cependant découvert que dans les bonnes conditions, les ondes gravitationnelles provoquées par l’écume quantique peuvent parfois générer exactement le bon type de déformations de l’espace. Plus précisément, ils cherchaient des déformations qui étaient approximativement les mêmes à de nombreuses échelles. Nous savons que les bases de la structure devaient avoir ce genre de motif, car c’est exactement ce que nous observons dans le fond diffus cosmologique, le modèle résiduel de lumière lorsque l’univers avait seulement 380 000 ans. Cette lueur révèle l’empreinte de ces structures précoces, et nous pouvons l’utiliser pour étudier les modèles d’inflation.
Il existe de légères différences entre les structures générées dans ce scénario d’inflation-sans-inflaton et l’inflation traditionnelle. Dans cet article, les chercheurs n’ont pas calculé l’intensité de ces différences, mais une étape importante à venir consiste à explorer les conséquences observationnelles de ce modèle.
Le modèle n’est pas parfait. Il suppose toujours quelque chose sur l’univers primitif, à savoir que la constante cosmologique est suffisamment forte pour conduire à un cosmos en expansion rapide. Il n’explique pas non plus le problème de la platitude ou pourquoi des régions éloignées de l’univers sont approximativement les mêmes. Néanmoins, c’est une ligne d’étude intrigante, car elle peut ouvrir des fenêtres alternatives potentiellement utiles qui ne dépendent pas d’un inflaton pour alimenter les changements dans l’univers primitif.
Conclusion
Le cosmos jeune demeure un mystère considérable dans la cosmologie moderne. Et bien que nous pensions être sur la bonne voie – il semble vraiment que l’univers ait connu une période d’expansion rapide – nous avons encore beaucoup à apprendre.
