Selon le modèle standard de la cosmologie, à l’issue du Big Bang, l’Univers primitif est entré dans une phase d’expansion chaotique et exponentielle appelée inflation. Le mécanisme inflationnaire permet d’expliquer un certain nombre de phénomènes observés aujourd’hui, tels que l’homogénéité et l’isotropie de l’Univers (principe cosmologique). Cependant, nous ne possédons que peu de données exploitables sur cette période. C’est pourquoi des chercheurs ont récemment simulé 4000 univers, chacun avec des conditions initiales légèrement différentes, afin de les laisser évoluer, puis les ont « rembobinés » dans le but de mieux comprendre les conditions physiques de l’Univers primitif.
L’objectif est de brosser un tableau de la situation immédiate après le Big Bang, lorsque l’Univers observable s’est soudainement exponentiellement agrandi en une fraction de microseconde. En appliquant la méthode utilisée pour les simulations à des observations réelles de l’Univers d’aujourd’hui, les chercheurs espèrent arriver à une compréhension précise de ce à quoi ressemblait cette période inflationniste.
« Nous essayons de faire quelque chose comme deviner une image de l’Univers primitif à partir de la dernière photo de l’Univers que nous avons en notre possession », explique le directeur de l’étude Masato Shirasaki, cosmologiste à l’Observatoire national astronomique du Japon (NAOJ).
La complexité imposée par les fluctuations primordiales
L’Univers actuel présente des variations de densité, avec certaines zones riches en galaxies et d’autres relativement stériles. Une hypothèse prometteuse pour cette distribution inégale de la matière visible est qu’au moment du Big Bang, il y avait déjà des fluctuations quantiques, ou des changements aléatoires et temporaires d’énergie, dans le minuscule univers primordial.
Lorsque l’univers s’est agrandi, ces fluctuations se seraient également développées, avec des points plus denses s’étendant dans des régions de plus grande densité que leur environnement. Les forces gravitationnelles auraient interagi avec ces filaments étirés, provoquant l’agglutination des galaxies le long d’eux. Mais les interactions gravitationnelles sont complexes, il est donc très difficile d’essayer de rembobiner cette période inflationniste pour comprendre à quoi aurait ressemblé l’Univers primitif. Les cosmologistes doivent essentiellement supprimer les fluctuations gravitationnelles de l’équation.
Une méthode de reconstruction pour explorer l’Univers primitif
Les chercheurs ont développé une méthode de reconstruction pour faire cela. Afin de savoir si la reconstruction était exacte, cependant, ils avaient besoin d’un moyen de la tester. Ils ont donc utilisé le supercalculateur ATERUI II du NAOJ pour créer 4000 versions de l’univers, toutes avec des fluctuations de densité initiales légèrement différentes.
Les chercheurs ont laissé ces univers virtuels subir leur propre expansion virtuelle, puis leur ont appliqué la méthode de reconstruction, pour voir si cela pouvait les ramener à leurs points de départ d’origine. « Nous constatons qu’une méthode de reconstruction peut réduire les effets gravitationnels sur les distributions observées des galaxies, nous permettant d’extraire les informations des conditions initiales de notre univers de manière efficace », indique Shirasaki.
La reconstruction a déjà été appliquée à des données galactiques réelles, mais la nouvelle étude montre qu’elle peut également fonctionner sur la période d’inflation de l’Univers. La prochaine étape, selon Shirasaki, consiste à appliquer la reconstruction aux observations réelles de la toile cosmique. Ces observations ont déjà été faites par un télescope au Nouveau-Mexique dans le cadre du Sloan Digital Sky Survey.
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