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Définir les limites des transitions de phase à l'ère de l'énergie sombre

Par Ingrid Fadelli, Phys.org

Édité par Sadie Harley, relu par Robert Egan

Notes de la rédaction

L'essentiel

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Utiliser le fond diffus cosmologique (FDC) comme rétroéclairage pour observer l'ébullition de l'univers sombre. La désintégration du faux vide dans un secteur sombre se produit à différents endroits et à différents moments. Les photons du fond diffus cosmologique (CMB) provenant de différentes directions pénètrent plus ou moins tôt dans la région du vide absolu, créant des motifs (anisotropies) que des observatoires comme Planck peuvent détecter ou contraindre. Crédit : Yuhsin Tsai.

On sait que l'univers est en expansion accélérée. Les physiciens attribuent généralement cette accélération à l'énergie sombre, une composante mystérieuse de l'univers qui exerce une pression négative, provoquant une expansion spatiale plus rapide. On pense que l'énergie sombre est devenue l'influence prédominante sur l'évolution de l'univers il y a environ 3 à 4 milliards d'années, au début de ce que l'on appelle l'ère de l'énergie sombre.

Des chercheurs des universités de Notre Dame et de Fudan ont récemment démontré que les fluctuations du fond diffus cosmologique (CMB), de faibles variations du rayonnement résiduel du Big Bang, pourraient être utilisées pour sonder les transitions de phase survenues durant l'ère de l'énergie sombre.

En utilisant cette approche théorique, décrite dans un article publié dans Physical Review Letters, Seth Koren, Yuhsin Tsai et Runqing Wang ont examiné une hypothétique transition de phase du premier ordre (TPPO) survenant après que l'énergie sombre soit devenue prédominante et ont établi des limites à la quantité d'énergie du vide qu'elle aurait pu libérer. Une TPPO est un changement brutal d'un état physique à un autre, qui se manifeste par la formation de bulles et la libération d'énergie.

« Alors que nous continuons à observer des résultats nuls concernant les interactions des particules du secteur sombre avec les particules du Modèle Standard – notamment, et c'est important, la matière noire –, nous devons prendre plus au sérieux la possibilité que ces secteurs n'interagissent avec nous que gravitationnellement », a déclaré Koren à Phys.org.

« Ce scénario catastrophe est plus difficile à étudier, mais cela ne signifie pas que le secteur sombre est invisible. Notre meilleur espoir réside dans la recherche de l'empreinte cosmologique de la dynamique des secteurs sombres, là où le couplage gravitationnel avec notre secteur pourrait engendrer des effets observables sur nos particules. »

Dans son histoire primordiale, l'univers a subi des transformations profondes, notamment les transitions de phase électrofaible et chromodynamique quantique (QCD). Les chercheurs se sont demandés si une partie cachée de l'univers aurait pu subir une transition de phase similaire plus récemment.

« C'est un excellent point de départ pour tester notre capacité à détecter les effets purement gravitationnels du secteur sombre », a déclaré Koren.

« Alors que la science-fiction dépeint souvent la désintégration du vide comme une catastrophe instantanée et apocalyptique, nos travaux montrent qu'une transition de phase dans un secteur sombre isolé serait un événement cosmique silencieux, totalement imperceptible au quotidien. Pour observer ou contraindre un tel événement, nous devons examiner attentivement des mesures cosmologiques précises afin de détecter de subtiles variations dans le spectre des photons du rayonnement de fond cosmologique (CMB). »

Utilisation des données du CMB pour sonder les transitions de phase récentes

Si la transition de phase hypothétique envisagée par les chercheurs s'était produite uniformément dans tout l'univers, l'énergie impliquée ne pourrait être estimée qu'à environ 10 % de l'énergie sombre totale, en se basant sur les observations de l'expansion de l'univers. Cependant, si ce phénomène se produisait de manière inégale, avec la formation et la propagation de bulles du nouvel état dans l'espace, les astronomes pourraient mieux circonscrire l'énergie libérée.

« Nous démontrons que nous pouvons utiliser le fond diffus cosmologique comme un rétroéclairage pour sonder ces inhomogénéités en considérant le décalage vers le rouge anisotrope des photons du fond diffus cosmologique provenant de différentes directions », explique Koren. « Cet effet anisotrope peut être découvert ou contraint par des expériences sondant le ciel en micro-ondes, comme celles de l'observatoire Planck. Enfin, notre étude est également motivée par la gravité quantique et les concepts de "marais cosmique". »

Certains physiciens spécialistes de la théorie des cordes, selon laquelle les plus petits constituants de l'univers sont de minuscules cordes vibrantes et non des particules ponctuelles, ont proposé que l'univers ne puisse pas s'étendre indéfiniment. Ils suggèrent qu'il finira par cesser de s'étendre, commencera à se contracter et s'effondrera finalement lors d'un "Big Crunch".

« Si ce changement se produit par une transition de phase, il est possible qu'il ait déjà eu lieu et que l'expansion de l'univers soit en train de ralentir », expliquent les auteurs. « Notre étude explore cette possibilité afin de pouvoir établir une limite inférieure à la durée de vie de l'univers à partir de données cosmologiques. Heureusement, nous n'avons parcouru que la moitié de la durée de vie de l'univers. »

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RESUME

ntraintes sur les transitions de phase à l'ère de l'énergie noire

Les anisotropies du fond diffus cosmologique (CMB) imposent des contraintes sur les transitions de phase inhomogènes du premier ordre au sein du secteur sombre durant l'ère de l'énergie noire. Pour les transitions caractérisées par β/H★ ≤ 25, moins de 1 % de l'énergie noire aurait pu être converti en d'autres composantes. Les modèles prévoyant une contraction future impliquent un délai d'au moins 14 milliards d'années environ avant l'effondrement.

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 COMMENTAIRES 

Le modèle de l existence de l energie noire  est il recevable   ....car apres tout   l acceleraration de l univers   est elle bien  établie  depuis  Saaul  Peerlemutter  ????

?????

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Oui, l'hypothèse de l'énergie sombre est actuellement le modèle scientifique le plus pertinent pour expliquer pourquoi l'expansion de l'univers s'accélère.

Cette étude  est une publication académlmique chnoise