Les ondulations dans le tissu de l’univers peuvent révéler le début des temps

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Les scientifiques ont avancé dans la découverte de la façon d’utiliser les ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles pour remonter au début de tout ce que nous savons. Les chercheurs disent qu’ils peuvent mieux comprendre l’état du cosmos peu après le Big Bang en apprenant comment ces ondulations dans le tissu de l’univers traversent les planètes et le gaz entre les galaxies.

« Nous ne pouvons pas voir l’univers primitif directement, mais peut-être pouvons-nous le voir indirectement si nous examinons comment les ondes gravitationnelles de cette époque ont affecté la matière et les radiations que nous pouvons observer aujourd’hui », a déclaré Deepen Garg, auteur principal d’un article rapportant les résultats dans le Journal de cosmologie et de physique des astroparticules. Garg est un étudiant diplômé du programme Princeton en physique des plasmas, qui est basé au Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du Département américain de l’énergie (DOE).

Garg et son conseiller Ilya Dodin, qui est affilié à la fois à l’Université de Princeton et au PPPL, ont adapté cette technique à partir de leurs recherches sur l’énergie de fusion, le processus alimentant le soleil et les étoiles que les scientifiques développent pour créer de l’électricité sur Terre sans émettre de gaz à effet de serre ni produire de longs -les déchets radioactifs vivants. Les scientifiques de la fusion calculent comment les ondes électromagnétiques se déplacent dans le plasma, la soupe d’électrons et de noyaux atomiques qui alimente les installations de fusion appelées tokamaks et stellarators.

Il s’avère que ce processus ressemble au mouvement des ondes gravitationnelles à travers la matière. « Nous avons essentiellement mis des machines à ondes plasma pour travailler sur un problème d’ondes gravitationnelles », a déclaré Garg.

Les ondes gravitationnelles, prédites pour la première fois par Albert Einstein en 1916 à la suite de sa théorie de la relativité, sont des perturbations de l’espace-temps causées par le mouvement d’objets très denses. Ils voyagent à la vitesse de la lumière et ont été détectés pour la première fois en 2015 par le Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) à travers des détecteurs dans l’État de Washington et en Louisiane.

Garg et Dodin ont créé des formules qui pourraient théoriquement amener les ondes gravitationnelles à révéler des propriétés cachées sur les corps célestes, comme des étoiles situées à de nombreuses années-lumière. Lorsque les ondes traversent la matière, elles créent de la lumière dont les caractéristiques dépendent de la densité de la matière.

Un physicien pourrait analyser cette lumière et découvrir les propriétés d’une étoile à des millions d’années-lumière. Cette technique pourrait également conduire à des découvertes sur l’écrasement d’étoiles à neutrons et de trous noirs, vestiges ultra-denses de la mort d’étoiles. Ils pourraient même potentiellement révéler des informations sur ce qui s’est passé pendant le Big Bang et les premiers instants de notre univers.

La recherche a commencé sans aucune idée de son importance. « Je pensais que ce serait un petit projet de six mois pour un étudiant diplômé qui impliquerait de résoudre quelque chose de simple », a déclaré Dodin. « Mais une fois que nous avons commencé à approfondir le sujet, nous avons réalisé que très peu de choses étaient comprises sur le problème et que nous pouvions faire un travail théorique très basique ici. »

Les scientifiques prévoient maintenant d’utiliser la technique pour analyser les données dans un proche avenir. « Nous avons maintenant des formules, mais obtenir des résultats significatifs demandera plus de travail », a déclaré Garg.

Plus d’information:
Approfondir Garg et al, Modes d’ondes gravitationnelles dans la matière, Journal de cosmologie et de physique des astroparticules (2022). DOI : 10.1088/1475-7516/2022/08/017

Fourni par le laboratoire de physique des plasmas de Princeton

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