Newswise — Pensez à porter une casserole d’eau à ébullition : lorsque la température atteint le point d’ébullition, des bulles se forment dans l’eau, éclatent et s’évaporent lorsque l’eau bout. Cela continue jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de phase de changement d’eau du liquide à la vapeur.
C’est à peu près l’idée de ce qui s’est passé dans le tout premier univers, juste après le Big Bang, il y a 13,7 milliards d’années.
L’idée vient des physiciens des particules Martin S. Sloth du Centre de cosmologie et de phénoménologie de la physique des particules de l’Université du Danemark du Sud et Florian Niedermann de l’Institut nordique de physique théorique (NORDITA) à Stockholm. Niedermann est un ancien postdoctorant dans le groupe de recherche de Sloth. Dans cette nouvelle science articleils présentent une base encore plus solide pour leur idée.
De nombreuses bulles s’écrasent les unes dans les autres
– Il faut imaginer que des bulles ont surgi à divers endroits dans l’univers primitif. Ils ont grossi et ils ont commencé à s’écraser l’un contre l’autre. En fin de compte, il y a eu un état compliqué de bulles en collision, qui ont libéré de l’énergie et se sont finalement évaporées, a déclaré Martin S. Sloth.
Le contexte de leur théorie des changements de phase dans un univers bouillonnant est un problème très intéressant avec le calcul de la soi-disant constante de Hubble ; une valeur pour la vitesse à laquelle l’univers est en expansion. Sloth et Niedermann pensent que l’univers bouillonnant joue ici un rôle.
La constante de Hubble peut être calculée de manière très fiable, par exemple en analysant le rayonnement de fond cosmique ou en mesurant la vitesse à laquelle une galaxie ou une étoile qui explose s’éloigne de nous. Selon Sloth et Niedermann, les deux méthodes sont non seulement fiables, mais aussi scientifiquement reconnues. Le problème est que les deux méthodes ne conduisent pas à la même constante de Hubble. Les physiciens appellent ce problème « la tension de Hubble ».
Y a-t-il quelque chose qui ne va pas avec notre image de l’univers primitif ?
– En science, il faut pouvoir arriver au même résultat en utilisant des méthodes différentes, alors là on a un problème. Pourquoi n’obtenons-nous pas le même résultat alors que nous sommes si confiants dans les deux méthodes ?, a déclaré Florian Niedermann.
Sloth et Niedermann pensent avoir trouvé un moyen d’obtenir la même constante de Hubble, quelle que soit la méthode utilisée. Le chemin commence par une transition de phase et un univers bouillonnant – et donc un univers bouillonnant précoce est connecté à “la tension de Hubble”.
– Si nous supposons que ces méthodes sont fiables – et nous pensons qu’elles le sont – alors peut-être que les méthodes ne sont pas le problème. Peut-être devrions-nous examiner le point de départ, la base, à laquelle nous appliquons les méthodes. Peut-être que cette base est fausse.
Une énergie noire inconnue
La base des méthodes est le soi-disant modèle standard, qui suppose qu’il y avait beaucoup de rayonnement et de matière, à la fois normale et sombre, dans l’univers primitif, et que c’étaient les formes d’énergie dominantes. Le rayonnement et la matière normale étaient comprimés dans un plasma sombre, chaud et dense ; l’état de l’univers dans les 380.000 premières années après le Big Bang.
Lorsque vous basez vos calculs sur le modèle standard, vous obtenez des résultats différents pour la vitesse d’expansion de l’univers – et donc différentes constantes de Hubble.
Mais peut-être qu’une nouvelle forme d’énergie noire était en jeu dans l’univers primitif ? Sloth et Niedermann le pensent.
Si vous introduisez l’idée qu’une nouvelle forme d’énergie noire dans l’univers primitif a soudainement commencé à bouillonner et à subir une transition de phase, les calculs concordent. Dans leur modèle, Sloth et Niedermann arrivent à la même constante de Hubble en utilisant les deux méthodes de mesure. Ils appellent cette idée New Early Dark Energy – NEDE.
Passer d’une phase à l’autre – comme l’eau à la vapeur
Sloth et Niedermann pensent que cette nouvelle énergie noire a subi une transition de phase lorsque l’univers s’est développé, peu de temps avant qu’il ne passe de l’état de plasma dense et chaud à l’univers que nous connaissons aujourd’hui.
– Cela signifie que l’énergie noire dans l’univers primitif a subi une transition de phase, tout comme l’eau peut changer de phase entre gelée, liquide et vapeur. Au cours du processus, les bulles d’énergie sont finalement entrées en collision avec d’autres bulles et ont libéré de l’énergie en cours de route, a déclaré Niedermann.
– Cela aurait pu durer n’importe quoi, d’un temps incroyablement court – peut-être juste le temps qu’il faut à deux particules pour entrer en collision – à 300 000 ans. Nous ne savons pas, mais c’est quelque chose que nous travaillons à découvrir, a ajouté Sloth.
Avons-nous besoin d’une nouvelle physique ?
Ainsi, le modèle de transition de phase est basé sur le fait que l’univers ne se comporte pas comme le modèle standard nous l’indique. Cela peut sembler un peu scientifiquement fou de suggérer que quelque chose ne va pas avec notre compréhension fondamentale de l’univers ; que vous pouvez simplement proposer l’existence de forces ou de particules jusqu’alors inconnues pour résoudre la tension de Hubble.
– Mais si nous faisons confiance aux observations et aux calculs, nous devons accepter que notre modèle actuel de l’univers ne peut pas expliquer les données, et alors nous devons améliorer le modèle. Non pas en l’écartant et son succès jusqu’à présent, mais en l’élaborant et en le rendant plus détaillé afin qu’il puisse expliquer les nouvelles et meilleures données, a déclaré Martin S. Sloth, ajoutant :
– Il semble qu’une transition de phase dans l’énergie noire soit l’élément manquant dans le modèle standard actuel pour expliquer les différentes mesures du taux d’expansion de l’univers.
SIDE BAR : À quelle vitesse l’univers s’étend-il ?
La constante de Hubble est une valeur de la vitesse d’expansion de l’univers.
Dans le modèle de Martin S. Sloth et Florian Niedermann, la constante de Hubble est de 72. Approximativement. Après tout, de grandes distances sont calculées, nous devons donc prévoir une incertitude de quelques décimales.
Que signifie 72 ? Cela signifie 72 km par seconde par Megaparsec. Les mégaparsecs sont une mesure de la distance entre, par exemple, deux galaxies, et un mégaparsec est de 30 000 000 000 000 000 000 km. Pour chaque mégaparsec entre nous et, par exemple, une galaxie, la galaxie s’éloigne de nous à 72 km par seconde.
Lorsque vous mesurez la distance aux galaxies par les supernovas, vous obtenez une constante de Hubble d’env. 73 (km/s)/mégaparsec. Mais lors de la mesure sur les premières particules lumineuses (le rayonnement de fond cosmique), la constante de Hubble est de 67,4 (km/s)/mégaparsec.
Lorsque Sloth et Niedermann ont modifié la base de ces calculs en introduisant l’existence d’une nouvelle énergie noire précoce qui subit une transition de phase – comme décrit dans l’article – les deux types de calculs aboutissent à une constante de Hubble d’environ 72.