L’apparition d’une empreinte confirmant l’inflation à l’origine de l’univers a provoqué un désarroi

2014/03/19 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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La revue Nature a utilisé le même mot dans les nouvelles et a souligné que la découverte recueille trois contributions principales: « Il fournit la preuve la plus directe des ondes annoncées par Einsten ; c’est la preuve de l’inflation cosmique que les physiciens attendaient avec impatience ; et il ouvre la voie pour harmoniser les forces fondamentales de la nature avec la gravitation quantique ».

John Kovack, chercheur au Harvard-Smithsonian Astrophysique Center et chef de l'équipe de BICEP2, explique ce qu'ils ont réalisé : Des traces d'ondes gravitationnelles post-Big Bang ont été détectées dans le rayonnement micro-ondes de fond. Cette empreinte est un certain type de polarisation, appelé mode B.

Polarisation en B. Ed. BICEP2

L'astrophysique de l'Institut d'astrophysique, optique et électronique du Mexique, Itziar Aretxaga, a rappelé que plusieurs groupes travaillent à la détection de polarisation de type B, comme SPT, ABS, ACTpol et les télescopes terrestres CLASS, EBEX, SPIDER et PIPER ballons satellite. Et tous, semble-t-il, ont été avancés par l'équipe du télescope BICEP2.

Tous ont le même objectif, selon Miguel Querejeta, astrophysique de l'Institut Max Planck: détecter les ondes gravitationnelles, qui sont la preuve qui corroborent la théorie de l'inflation proposée par Alan Guth dans les années 80.

Inflation, théorie élégante

Itziar Aretxaga. Astrophysique de l'Institut national d'optique et électronique du Mexique. Ed. Itziar Aretxaga

En fait, comme le dit Aretxaga, «l’inflation n’a pas été testée jusqu’ici, mais il est nécessaire de résoudre certains problèmes dans lesquels se trouvent les théories classiques du Big Bang». Parmi ces problèmes se trouve l'uniformité de la température du rayonnement micro-ondes de fond: « Le rayonnement micro-ondes de fond a une température très similaire (2,7K) mesurée dans n'importe quelle direction, mais si ce rayonnement a eu lieu à 380.000 ans de l'univers, il n'y a vraiment pas de temps pour équilibrer la température dans tout l'univers, car l'information ne peut pas être transmise à une vitesse supérieure à celle de la lumière. L’inflation donne une solution très élégante à ce problème.»

La théorie de l'inflation propose que dans environ 10-35 secondes après le Big Bang, l'univers a été multiplié par 1040. « En fait, si tel était le cas, les endroits qui libèrent le rayonnement micro-ondes de fond seraient 1040 fois plus proches que dans le calcul classique avant l’inflation, il n’y aurait donc aucun problème à atteindre l’équilibre thermique. »

Selon Alan Guth, l’inflation serait le «Banga du Big Bang». Selon la théorie, cette expansion rapide et énorme du temps spatial serait accompagnée d'ondes gravitationnelles qui donneraient une empreinte sur le rayonnement micro-ondes de fond: Polarisation type B.

Il existe deux types de polarisation, les modes E et les modes B. Les premiers peuvent être produits par des ondes gravitationnelles, mais aussi par d'autres phénomènes liés à la matière présente dans l'univers. Au contraire, il a été considéré que les modes B ne peuvent être créés que par les ondes gravitationnelles originales, bien que dans la détection effectuée l'année dernière avec le télescope SPT peut également être produite par les lentilles qu'ils ont vu. Cependant, en écartant que ce soit pour des verres, la découverte de ce type de polarisation démontrerait qu'il existe des ondes gravitationnelles et que, à son tour, les théories qui les prédisent sont correctes.

Graphique de l'histoire de l'univers. Ed. BICEP2

Devant l'évidence qui affirme la théorie

Plusieurs groupes cherchaient donc une polarisation comme B, et c'est pourquoi Andrei Linde, un physicien qui a complété la proposition de Guth quand il a été informé qu'elle avait été détectée. Et ce n'est pas surprenant: comme il l'a dit, il a fallu 30 ans pour attendre la preuve qui ratifierait la théorie: Le Big Bang a créé l'empreinte des ondes originales. Dans les déclarations faites en recevant les nouvelles, Lind a reconnu qu’il avait peur de croire que c’était vrai parce que c’était “seulement beau”. Pour chasser cette peur, il a également été utile de détecter la polarisation comme B.

En plus de Linde, beaucoup d'autres physiciens, astronomes et cosmologistes se sont réjouis de la nouvelle. Même si Aretxabaleta avait un jour férié, il a passé toute la journée devant l'ordinateur: « D’abord, en essayant d’écouter le discours technique en streaming, mais je ne pouvais pas le faire parce que le serveur de Harvard était effondré, puis j’attendais la conférence de presse et je me suis rendu compte de cela en direct, et j’ai finalement lu l’article technique et lu et commenté les commentaires d’autres astrophysiciens et cosmologues sur les réseaux sociaux. »

La nouvelle actuelle rappelle la période où des fluctuations de température ont été détectées dans le rayonnement micro-ondes de fond en 1992: « Je faisais alors la thèse à Madrid et les professeurs de mon département étaient à la porte, donnant la nouvelle, totalement agités. Ce résultat de 1992 est apparu sur la première page de tous les journaux et, plus tard, en 2006, il a reçu le Prix Nobel de physique aux principaux chercheurs des groupes qui ont fait la découverte, après avoir bien confirmé la découverte». Il pense que la même chose s’est produite avec le boson Higgs, mais cette fois-ci on le considère encore plus « excitant », puisque la théorie de l’inflation n’était pas aussi acceptée que les deux précédentes.

Pour Miguel Querejeta a également été “gratifiant” ramasser la découverte. Cependant, il avertit que certains médias ont exagéré et déformé les nouvelles: « Par exemple, mes compagnons d’athlétisme me demandaient si c’est la preuve définitive du Big Bang… mais nous avions déjà compris que c’était le Big Bang depuis qu’il y a 50 ans Penzias et Wilson ont découvert le rayonnement de micro-ondes de fond. »

En attente de confirmation

Miguel Querejeta. Astrophysique de l'Institut Max Planck. Ed. Danel Solabarrieta / Elhuyar

Mais avec la joie, Aretxaga et Querejeta ont exprimé la prudence. Les chercheurs de BICEP2 ont reconnu qu'un autre groupe devrait confirmer la détection pour la valider complètement. Et cela même pense Aretxaga: « Cela donnerait la certitude au résultat. Ils peuvent également clarifier certains effets étranges observés dans les données. »

Le groupe de BICEP2 a affirmé que «il est assez clair qu’une polarisation du type B a été détectée», «et a affirmé qu’il ne s’agit pas d’une polarisation du type B provoquée par l’amplification du rayonnement micro-ondes de fond et de la matière qui existe entre nous, mais qu’il faudra confirmer.»

En outre, il considère que l'intensité des ondes gravitationnelles et le type d'inflation qui peut être n'est pas encore définie. Plus encore : « La comparaison entre les données et les modèles n'est pas encore très bonne à certaines échelles et peut-être que la clé est dans le traitement des données. Ils peuvent être des détails, mais il faut bien comprendre les détails devant une si grande découverte.»

Querejeta a également jugé indispensable que d'autres groupes obtiennent des résultats et avec eux confirmer la détection de bicep2: «D’une part, pour mieux connaître les caractéristiques du type d’inflation, il faudra approfondir l’étude du rayonnement micro-ondes de fond, pour que nous puissions attendre de nouveaux résultats du satellite Planck. D'autre part, il serait intéressant de réaliser d'autres détections d'ondes gravitationnelles. En fait, les ondes gravitationnelles sont liées non seulement à l’inflation, mais à toute situation dans laquelle le temps spatial est très courbé, par exemple autour des trous noirs, et dans cette direction il y a plusieurs groupes de chercheurs qui travaillent.»

Selon Aretxabaleta, « nous devrons avoir un peu de patience jusqu’à ce que les autres groupes accomplissent leur travail ».

Ruth Lazkoz Sáez: "La détection nous a non seulement choqués, mais nous a causé des casseroles"

Ed. Ruth Lazkoz

Il est professeur au Département de physique théorique et d'histoire de la science de l'UPV/EHU et travaille au Groupe de recherche sur la gravitation, la cosmologie et d'autres structures de l'univers, spécialisé dans le traitement des données expérimentales. Il convient de noter que le groupe est une référence internationale en matière de relativité classique. Lazkoz lui-même travaille sur plusieurs aspects de la cosmologie, mais surtout il s'intéresse à l'accélération de l'univers, notamment dans l'énergie sombre et l'inflation. Il a donc directement affecté la détection de polarisation type B.

Que pensez-vous de la détection ? Quelle est la clé?

La détection de tout effet important au niveau théorique est une excellente nouvelle. Dans ce cas, la clé est que l'effet observé est beaucoup plus fort que prévu. Cela a plusieurs conséquences. Par exemple, certaines théories qui à ce jour étaient considérées comme bonnes ont été contestées, car leur prédiction était beaucoup plus faible. Et, précisément, les théories les plus suivies par la faiblesse. En outre, en raison de cette faiblesse, plusieurs projets qui sont restés dans la course ont été construits avec des spécifications techniques très sensibles.

Comment l'avez-vous pris? Avez-vous été excité ou laissé froid?

Parmi les projets qui sont restés derrière se trouve l'expérience Quichotte des Canaries. Notre équipe simulait la mesure que ce télescope allait effectuer dans une collaboration. Maintenant, à la suite de la détection, nous allons devoir répéter et étendre nos simulacres, ce qui nécessite un certain temps. Par conséquent, la détection non seulement nous a choqués, mais nous a également causé des casseroles de tête.

Que pouvons-nous attendre à partir de maintenant? Quelles seront (ou devraient être), à votre avis, les étapes suivantes?

La prochaine étape sera la répétition de la détection par d'autres groupes, ainsi que la résolution des doutes que certains ont manifesté sur la détection actuelle. Ensuite, ou parallèlement, il faudra approfondir le développement et la compréhension des modèles théoriques sous-jacents. A partir de maintenant, nous espérons que ce thème deviendra un thème de mode et qu'il y aura beaucoup plus de nouvelles à ce sujet.