Le Big Bang n’a peut-être pas été le seul. L’apparition de toutes les particules et radiations dans l’univers peut avoir été rejointe par un autre Big Bang qui a inondé notre univers de particules de matière noire. Et nous pourrons peut-être le détecter.
Dans l’image cosmologique standard, l’univers primitif était un endroit très exotique. La chose la plus importante qui se soit produite dans notre cosmos a peut-être été l’événement de l’inflation, qui, très tôt après le Big Bang, a envoyé notre univers dans une période d’expansion extrêmement rapide. Lorsque l’inflation a pris fin, les champs quantiques exotiques à l’origine de cet événement se sont décomposés, se transformant en un flot de particules et de radiations qui subsistent aujourd’hui.
Lorsque notre univers avait moins de 20 minutes, ces particules ont commencé à s’assembler pour former les premiers protons et neutrons lors de ce que nous appelons la nucléosynthèse du Big Bang. La nucléosynthèse du Big Bang est un pilier de la cosmologie moderne, car les calculs qui la sous-tendent prédisent avec précision la quantité d’hydrogène et d’hélium dans le cosmos.
Cependant, malgré le succès de notre image de l’univers primitif, nous ne comprenons toujours pas la matière noire, qui est la forme mystérieuse et invisible de la matière qui occupe la grande majorité de la masse dans le cosmos. L’hypothèse standard dans les modèles du Big Bang est que, quel que soit le processus qui a généré des particules et des radiations, il a également créé la matière noire. Et après cela, la matière noire est restée là, ignorant tout le monde.
Mais une équipe de chercheurs a proposé une nouvelle idée. Ils soutiennent que nos époques d’inflation et de nucléosynthèse du Big Bang n’étaient pas les seules. La matière noire peut avoir évolué le long d’une trajectoire complètement distincte. Dans ce scénario, lorsque l’inflation a pris fin, elle a encore inondé l’univers de particules et de radiations. Mais pas de matière noire. Au lieu de cela, il restait un champ quantique qui ne s’est pas désintégré. Au fur et à mesure que l’univers s’étendait et se refroidissait, ce champ quantique supplémentaire s’est finalement transformé, déclenchant la formation de matière noire.
L’avantage de cette approche est qu’elle découple l’évolution de la matière noire de la matière normale, de sorte que la nucléosynthèse du Big Bang peut se dérouler telle que nous la comprenons actuellement tandis que la matière noire évolue le long d’une voie distincte.
Cette approche ouvre également des voies pour explorer une riche variété de modèles théoriques de la matière noire, car maintenant qu’elle a une voie évolutive distincte, il est plus facile de suivre dans les calculs pour voir comment elle pourrait se comparer aux observations. Par exemple, l’équipe derrière le papier a pu déterminer que s’il y avait un soi-disant Big bang sombre, cela devait se produire lorsque notre univers avait moins d’un mois.
La recherche a également révélé que l’apparition d’un Big Bang sombre a libéré une signature très unique d’ondes gravitationnelles fortes qui persisteraient dans l’univers actuel. Les expériences en cours comme les réseaux de synchronisation de pulsars devraient pouvoir détecter ces ondes gravitationnelles, si elles existent.
Nous ne savons toujours pas si un Big Bang sombre s’est produit, mais ce travail ouvre une voie claire pour tester l’idée. L’étude est publiée sur le arXiv serveur de préimpression.
Plus d’information:
Katherine Freese et al, Dark Matter and Gravity Waves from a Dark Big Bang, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2302.11579