La substance qui aurait pu exister avant le big bang

Comme la question de ce qui est en dehors de l'espace, la question de ce qui existait avant le Big Bang, qui a eu lieu il y a 14 milliards d'années, est l'un des mystères les plus perplexes auxquels l'humanité est confrontée. Dans un discours de 2017, le physicien David Tong l'a dit comme ceci: « Ce nom, » Big Bang « , c'est très trompeur. Lorsque vous entendez le mot » Big Bang « (…) Ce que vous devriez entendre, c'est: » Nous n'avons aucune idée de ce qui se passe ici « . » Les physiciens ne savent tout simplement pas ce qui se passait au seul moment juste avant le début de l'univers, autrement connu sous le nom de singularité. Alors que Tong a continué en disant: « Nous ne savons pas vraiment s'il y a un » avant « le Bang. »

La singularité, qui est également utilisée pour se référer à la zone au centre d'un trou noir, est un point à laquelle de grandes quantités de matière sont compactées dans un espace infiniment petit – un endroit plus petit qu'une particule subatomique où le volume d'espace est nul et il y a une densité infinie. C'est à partir de cette singularité que notre univers aurait explosé, mais avant cette explosion, nous ne savons tout simplement pas quoi, le cas échéant, existaient.

Plusieurs théories ont cependant été proposées sur ce sujet. En 2008, les physiciens étudiant l'étude du fond micro-ondes cosmiques (CMB), qui se réfère aux restes de rayonnement du Big Bang qui est encore observable aujourd'hui, a affirmé que les fluctuations du CMB suggèrent que notre univers « bouillonnait » par une précédente. Dans un article de 2018 publié dans Physical Review Letters, les chercheurs Latham Boyle, Kieran Finn et Neil Turok ont ​​proposé qu'il y avait une image miroir de notre univers qui préexistait le Big Bang. Au cours des dernières décennies, il y a également eu de nouvelles recherches qui suggèrent qu'il y a eu un moment entre la singularité et le Big Bang. Désormais, les chercheurs ont proposé un modèle qui propose ce moment intermédiaire a réellement produit la matière noire.

Malgré notre ignorance continue quant à ce qui s'est passé au moment – et avant – le Big Bang, nous avons une compréhension remarquablement bonne de ce qui s'est passé dans les instants après cela. Le fait que nous savons que l'univers se développe, par exemple, c'est ce qui nous permet de retracer cette expansion vers l'arrière à une époque où le cosmos a été emballé au point de la singularité. Nous savons également que la température de l'univers au moment du Big Bang était de 18 × 10³¹ degrés Fahrenheit, ce qui est un fait stupéfiant en soi. Mais peut-être encore plus stupéfiant est la pensée de ce qui aurait pu préexister le Big Bang.

Si le Big Bang était le début de notre univers, comment pourrait-il le préexister? Afin de répondre à cette question, nous devons voir comment notre compréhension du Big Bang a évolué ces dernières années. La théorie du Big Bang postule que l'univers a commencé avec la singularité il y a 13,8 milliards d'années et s'est rapidement élargie d'un petit état chaud et dense, devenant plus cool et moins dense alors qu'il continuait de se développer en fin de compte de devenir le cosmos que nous voyons aujourd'hui.

Mais ces dernières années ont vu des scientifiques à adopter une théorie qui suggère qu'il y avait une autre étape dans le processus qui a donné naissance à notre univers: un moment extrêmement court qui a duré une fraction de seconde au cours de laquelle l'univers s'est étendu plus rapidement que la vitesse de la lumière.

Pour comprendre comment quelque chose pourrait exister avant le Big Bang, il est important de nous familiariser avec une autre théorie: l'inflation cosmique. C'est l'idée qu'il y avait en fait un état entre la singularité et le Big Bang lui-même. Développement du début des années 1980 par des physiciens tels que Alan Guth, Alexei Starobinsky, Andrei Linde et Katsuhiko Sato, la théorie propose qu'il y a en fait un très bref moment d'expansion exponentielle avant ce que nous considérons comme le Big Bang, et cette période extrêmement courte est en fait responsable des imperfections de la température que nous pouvons maintenant observer dans le Big Bang's After Glow – le Cosmic Imperfection.

Les recherches menées au cours des deux dernières décennies ont apparemment confirmé qu'il y avait en effet un moment de bang pré-big d'inflation rapide. Cette recherche a révélé l'existence de ce qui est connu sous le nom de fluctuations de super-horizon, qui sans entrer dans trop de détails, font essentiellement pour que le modèle de singularité à big ne corresponde pas à l'univers car nous sommes en mesure de l'observer aujourd'hui. Afin d'expliquer ces fluctuations de super-horizon, nous avons besoin du modèle d'inflation cosmique, qui explique ces fluctuations comme des restes de l'expansion rapide de Big Big.

Avec cela à l'écart, nous pouvons commencer à imaginer à quel point la matière sombre pourrait préexister le Big Bang.

Dark Matter est encore un autre mystère gigantesque que les physiciens n'ont pas encore résolu. D'abord impliqué par l'une des principales percées d'Albert Einstein, la théorie générale de la relativité, la matière noire est si mystérieuse que nous ne le voyons pas officiellement, malgré le fait qu'il représente environ 85% de toute la question dans l'univers. Jusqu'à présent, nous n'avons pu déduire son existence que sur ses effets, en particulier la façon dont les galaxies tournent.

Le terme «matière» fait référence à des substances qui ont une masse et d'occuper l'espace, et bien que la matière noire occupe également de la place et tient la masse, elle ne reflète, n'absorbe ni ne rayonne de lumière de toutes les manières qui nous permettraient de le détecter. Aujourd'hui, nous ne savons toujours pas quelles particules constituent la matière noire, et maintenant il semble que la substance est devenue encore plus mystérieuse car elle semble avoir préexistant le Big Bang.

Publié dans Physical Review Letters, un article en 2024 rédigé par trois scientifiques de l'Université du Texas, Austin propose un modèle connu sous le nom d'inflation chaleureuse via le gel ultraviolet, ou le wifi, pour suggérer que la matière noire a été créée beaucoup plus tôt que ce qui ne le pensait auparavant et a été formé juste avant le Big Bang pendant le stade de l'inflation cosmique. Les chercheurs Katherine Freese, Gabriele Montefalcone et Barmak Shams es Haghi ont mené l'étude, avec Freese expliquant dans un communiqué de presse (via MSN), « dans la plupart des modèles, tout ce qui est créé lors de l'inflation n'est ensuite« exagéré »par l'expansion exponentielle de l'univers, jusqu'au point où il n'y a rien d'autre. » Mais le modèle WiFi des chercheurs suggère que la matière noire, que nous savons constitue une telle proportion de notre univers, a été créée pendant le stade de l'inflation cosmique à travers de minuscules interactions dans un environnement incroyablement chaud et énergique.

L'étude UT Austin est assez complexe en termes de mécanismes qu'il propose pour la création de matière noire pendant l'inflation cosmique. Les chercheurs ont utilisé la modélisation mathématique pour suggérer que, dans cette phase d'inflation, un rayonnement a été produit, créant un bain thermique qui a permis aux interactions qui ont entraîné la production de particules de matière noire. Ce processus est appelé gel-in et implique un champ de particules hypothétiques appelées inflatons. C'est là que le modèle plonge dans la théorie du champ quantique, qui suggère qu'au niveau subatomique le plus profond, au-delà du domaine des particules, l'univers est composé de champs de substances de type fluide. Dans le modèle WiFi, le champ Inflaton (le conducteur théorique de l'inflation) perdrait de l'énergie pour le rayonnement dans le bain thermique pendant la période d'inflation cosmique, produisant des particules de matière noire.

Ce modèle est remarquable non seulement pour sa suggestion selon laquelle la matière noire a préexisté le Big Bang, mais aussi pour sa suggestion que ce mécanisme WiFi est suffisamment efficace pour produire beaucoup plus de matière noire que les modèles conventionnels.

Bien que les propositions de l'étude ne soient pas encore confirmées, les auteurs sont optimistes que leurs prédictions seront confirmées dans les recherches futures. Si la modélisation mathématique de l'étude se révèle correcte, elle représentera une révolution dans notre compréhension de la matière noire et de ses origines, ainsi que de la création de matière plus généralement et de l'évolution de notre univers dans son ensemble. Alors que Shams es Haghi l'a dit dans le communiqué de presse, « Dans notre étude, nous nous sommes concentrés sur la production de matière noire, mais le WiFi suggère une applicabilité plus large telle que la production d'autres particules qui pourraient jouer un rôle crucial dans l'évolution de l'univers précoce. Cela met en évidence de nouvelles opportunités d'exploration dans les recherches futures. »