Une vue des différences de température dans le fond cosmique des micro-ondes, générées lorsque la galaxie était âgée de moins de 400 000 ans, à partir de neuf années d'observations à partir de la sonde d'anisotropie à micro-ondes de Wilkinson (WMAP).
(Image: © NASA)
Paul Sutter est astrophysicien à l'Ohio State University et scientifique en chef au COSI science center. Sutter est également l'hôte de "Ask a Spaceman", "Space Radio", et dirige AstroTours à travers le monde. Sutter a contribué cet article à Expert Voices: Op-Ed & Insights de Space.com.
Le modèle Big Bang est notre explication la plus réussie de l'histoire de l'univers dans lequel nous vivons, et il est ridiculement facile d'encapsuler son cadre de base dans une seule phrase, tee-shirtable: il y a longtemps, notre univers était beaucoup plus petit. De cette simple déclaration découle des prédictions testables majeures qui ont été vérifiées par des décennies d'observation. Le taux d'expansion de l'univers. Le fond de micro-ondes cosmique. La production des éléments les plus légers. Les différences entre les galaxies proches et lointaines. Toutes les preuves juteuses qui font de la cosmologie une science.
Mais il y a quelques problèmes. [L'univers: du Big Bang à maintenant en 10 étapes faciles]
Le modèle Big Bang "vanille", sans autres ajouts ou modifications, ne peut pas expliquer toutes les observations.
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Les yeux à l'horizon
Nous pouvons voir un énorme volume d'espace brut. Notre univers observable a plus de 90 milliards d'années-lumière de diamètre. Et plus nous regardons loin dans le passé, nous regardons. Nous sommes entourés par le fond cosmique des micro-ondes, la lumière fossile restante libérée lorsque l'univers était à peine nouveau-né - âgé de seulement 270 000 ans, soit plus de 13,8 milliards d'années dans le passé.
Cette lumière nous vient des régions éloignées du cosmos, si éloignées qu'elle nous est maintenant inaccessible. Et différentes sections de cette lumière de fond sont inaccessibles les unes aux autres. Dans le merveilleux jargon de la physique, les régions du fond cosmique des micro-ondes ne sont pas reliées de façon causale. En d'autres termes, pour qu'un morceau des limites de notre univers observable communique avec un autre morceau au cours des 13,8 milliards d'années passées, ils auraient dû envoyer des signaux plus rapidement que la vitesse de la lumière.
Ce ne serait pas grave du tout si le fond des micro-ondes cosmiques n'était pas parfaitement lisse. L'univers infantile avait la même température à une partie sur un million. Comment tout le monde a-t-il pu être si bien coordonné lorsque les changements dans un domaine n'ont pas eu le temps d'affecter les autres?
Droit et étroit
Du mieux que nous pouvons mesurer, la géométrie de notre univers semble être parfaitement, totalement, toujours aussi plate. Sur de grandes échelles cosmiques, les lignes parallèles restent parallèles pour toujours, les angles intérieurs des triangles s'additionnent à 180 degrés, etc. Toutes les règles de la géométrie euclidienne que vous avez apprises au lycée s'appliquent.
Mais il n'y a pas raison pour que notre univers soit plat. À grande échelle, il aurait pu avoir n'importe quelle courbure ancienne qu'il voulait. Notre cosmos aurait pu prendre la forme d'un ballon de plage géant multidimensionnel ou d'une selle d'équitation. Mais non, ça a cueilli à plat. Et pas seulement un peu plat. Pour que nous puissions mesurer aucune courbure avec une précision de quelques pour cent dans l'univers actuel, le jeune cosmos doit avoir été plat à une partie sur un million.
Pourquoi? De tous les choix possibles pour la courbure, est-ce que presque parfaitement plat ne semble pas un peu suspect? Et en effet, nous soupçonnons qu'il y a une raison à la planéité, et ce n'est pas seulement un coup de chance.
Un seul pôle
Les monopôles magnétiques sont des bêtes théoriques; des fractures dans l'espace-temps lui-même qui ne présentent qu'un seul des pôles magnétiques - imaginez une particule aux pôles nord ou sud errant dans son solitaire. (Dans la matière telle que nous la connaissons, un objet avec un nord magnétique aura également un sud magnétique à l'autre extrémité.) Selon nos meilleurs modèles de l'univers extrêmement ancien (comme dans, quand il avait environ 10 ^ -35 secondes, et non, ce n'est pas une faute de frappe) un processus exotique aurait dû inonder notre cosmos de ces méchancetés.
Ces monopoles devraient être si communs qu'ils feraient partie intégrante de notre vie cosmologique quotidienne. Et pourtant, nous n'en avons vu aucune preuve. Zéro. Rien. Aucun monstre monopôle ne semble se cacher dans les eaux saumâtres de l'univers sombre.
Alors, où sont-ils allés? Ils auraient dû être fabriqués en abondance juste au moment où notre univers devenait intéressant, mais ils sont introuvables.
Faites-le grand
La meilleure solution que nous avons à ces énigmes est un processus appelé inflation. L'idée a d'abord été proposée - et inventée! - par le physicien Alan Guth en 1980 lorsqu'il a suggéré que le même processus exotique qui a inondé l'univers de monopôles magnétiques aurait pu envoyer le cosmos dans une période d'expansion incroyablement rapide.
Imaginez si je vous montais en ballon - votre corps, vos tripes, votre cerveau, votre squelette, le tout - à la taille de tout notre univers observable. Et imaginez qu'il m'a fallu moins de 10 ^ -32 secondes pour le faire. C'est une sérieuse expansion, et c'est précisément ce que nous entendons par inflation. Lorsque notre univers était incroyablement jeune, Guth a proposé, il gonflé à de telles écailles gargantuesques en moins d'un clin d'œil.
Pour Guth, c'était la voie la plus propre pour résoudre le problème des monopoles. En rendant l'univers si sacrément gros, les monopoles se diluent simplement. Notre patch observable de l'univers n'est qu'un petit coin de tout le shebang, et il y a tellement de volume que nous ne devrions pas nous attendre à rencontrer un monopole, comme jamais.
Cette époque inflationniste résout également les deux autres lacunes du Big Bang vanille. L'univers pré-inflationniste a eu beaucoup de temps pour coordonner et égaliser les températures avant de passer à un état beaucoup plus grand, jetant des régions autrefois connectées en dehors de tout contact ultérieur. Et dans un cosmos si énorme, nous ne pouvions pas nous empêcher de mesurer une géométrie plate dans notre patch observable. Qui se soucie de la courbure de l'univers entier - elle est si grande qu'elle nous apparaîtra plate. La Terre est courbée, mais mon arrière-cour est belle et plate, car elle est tellement plus petite que la surface de notre planète. Appliquez simplement cette même logique aux échelles cosmologiques et vous êtes en or.
Pourtant, les mécanismes sous-jacents à l'inflation sont mal compris, et pour être considéré comme une théorie scientifique à moitié décente, il ne peut pas simplement expliquer les observations actuelles mais faire des prédictions pour les futures.
Et ce sera l'histoire pour un autre jour.
Pour en savoir plus, écoutez l'épisode "Pourquoi avons-nous besoin d'une inflation cosmique? (Partie 2)" sur le podcast Ask a Spaceman, disponible sur iTunes et sur le Web à l'adresse http://www.askaspaceman.com. Merci à Massimiliano S., Lorenzo B., @ZachCoty, Pete E., Christian W., @up_raw, Vicki K., Thomas, Banda C., Steve S., Evan W., Andrew P., @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z., et @scaredjackel pour les questions qui ont mené à cette pièce! Posez votre propre question sur Twitter en utilisant #AskASpaceman ou en suivant Paul @PaulMattSutter et facebook.com/PaulMattSutter. Suivez-nous sur Twitter @Spacedotcom et sur Facebook. Article original sur Space.com.
