Les ondulations dans l’espace-temps pourraient expliquer l’existence mystérieuse de l’Univers

Une nouvelle étude pourrait aider à répondre à l’un des plus grands mystères de l’Univers : Pourquoi y a-t-il plus de matière que d’antimatière ? Cette réponse pourrait à son tour expliquer pourquoi tout existe, des atomes aux trous noirs.

Aux origines de l’Univers

Il y a des milliards d’années, peu de temps après le Big Bang, l’inflation cosmique a étiré notre Univers de façon exponentielle et transformé l’énergie en matière. Les physiciens pensent que l’inflation a initialement créé la même quantité de matière et d’antimatière, qui s’annihilent mutuellement lorsqu’elles entrent en contact. Mais par la suite, un évènement s’est produit et a fait pencher la balance en faveur de la matière, permettant à tout ce que nous pouvons voir et toucher d’exister. Et cette nouvelle étude publiée dans la revue Physical Review Letters suggère que l’explication se cache derrière de très légères ondulations dans l’espace-temps.

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« Si vous commenciez avec une composante égale de matière et d’antimatière, vous finiriez normalement avec rien, car l’antimatière et la matière ont une charge égale mais opposée, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Jeff Dror, chercheur postdoctoral à l’université de Californie. Tout s’annihilerait. » Ce qui n’est de toute évidence pas le cas pour notre Univers. Selon les chercheurs, la réponse pourrait concerner des particules élémentaires très étranges connues sous le nom de neutrinos, qui n’ont pas de charge électrique et peuvent donc agir comme de la matière ou de l’antimatière.

L’une des théories privilégiées par les chercheurs suggère que l’Univers se serait refroidi environ un million d’années après le Big Bang et aurait subi une transition de phase (passage d’un état physique à un autre) ayant incité les neutrinos en décomposition à créer davantage de matière que d’antimatière.

Une théorie impliquant les cordes cosmiques

Afin de sonder cette possibilité, Dror et son équipe ont utilisé différents modèles théoriques. Selon leurs calculs, cette transition de phase aurait créé des fils d’énergie extrêmement longs et fins appelés « cordes cosmiques », qui imprègnent encore l’Univers. Celles-ci seraient vraisemblablement à l’origine de très légères ondulations dans l’espace-temps, appelées ondes gravitationnelles. Dans notre Univers, les ondes gravitationnelles les plus fortes se produisent lors d’une supernova, ou lorsque deux trous noirs fusionnent, mais celles causées par les cordes cosmiques seraient beaucoup plus faibles que celles que nos instruments ont détectées jusqu’à présent.

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Cependant, lorsque l’équipe a modélisé cette hypothétique transition de phase dans diverses conditions de température, elle a fait une découverte encourageante : dans tous les cas, les cordes cosmiques créeraient des ondes gravitationnelles qui seraient détectables par les futurs observatoires, tels que l’antenne spatiale à interféromètre laser (LISA) de l’Agence spatiale européenne et le projet Big Bang Observer, ainsi que l’observatoire des ondes gravitationnelles à interféromètre Deci-hertz (DECIGO) de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale.

« Si ces cordes sont produites à des échelles d’énergie suffisamment élevées, elles génèreront des ondes gravitationnelles qui pourront être détectées par les observatoires dotés des technologies adéquates », conclut Tanmay Vachaspati, physicien théorique à l’université d’État de l’Arizona.