Un deuxième Big Bang ?

Matière noire

Qu'est-ce que la matière noire ? La matière noire est une substance invisible qui maintient ensemble de grandes structures comme les galaxies et maintient la cohésion de la toile cosmique, apparemment uniquement affectée par la gravité et très mystérieuse. Elle représente environ 27 % de la matière dans l'univers, alors que la matière n'en représente que 5 %, et pourtant, même après des dizaines de recherches, aucune n'a trouvé de signe de détection de matière noire, ce qui nous amène à croire que seule la gravité peut peut-être l'affecter.

Découverte de la matière noire

Bien que personne n'ait réellement trouvé de matière noire, quelqu'un a dû comprendre qu'elle existe, n'est-ce pas ?

Eh bien, tout a commencé avec un astronome suisse nommé Fritz Zwicky qui a ensuite inventé le terme « dunkle materie » qui signifie matière noire en allemand. Il publia un article en 1933 sur un événement étrange. Un amas de galaxies appelé Coma Cluster avait des galaxies qui se déplaçaient trop rapidement, ce qui signifie qu'elles auraient dû s'en échapper, mais elles sont quand même restées ensemble. Le Dr Zwicky s'est rendu compte qu'il pourrait y avoir une étrange matière invisible qui maintenait l'amas ensemble, même s'il n'avait pas suffisamment de preuves pour en faire une théorie largement connue.

Plus tard, dans les années 1970, l'astronome américaine Vera Rubin a remarqué que les étoiles situées aux marges des galaxies spirales auraient dû être projetées dans l'immensité de l'espace en raison du mouvement de rotation de la galaxie, ce qui signifie que les galaxies spirales ne devraient pas exister du tout. Cela suggérait qu'il y avait une sorte de matière qui maintenait la galaxie ensemble, mais aucune n'était visible, alors elle a décidé qu'il devait s'agir de la matière noire de Zwicky, maintenant ensemble les galaxies et les amas de galaxies.

Cette preuve était si claire qu'elle est maintenant largement acceptée par la communauté scientifique, même si on ne sait pas vraiment de quoi il s'agit réellement.

Important Remarque :

Avant de continuer, il est important de souligner que la matière noire n'est pas la même chose que l'énergie sombre. L'énergie sombre est la force mystérieuse qui fait s'étendre l'univers, tandis que la matière noire est ce qui maintient les grandes structures telles que les galaxies ensemble.

Et retour dans le article :

Le Big Bang noir

Les physiciens recherchent la matière noire depuis plus de 40 ans, mais en vain. Ils ont mené des expériences à la recherche de particules massives à faible interaction, ou WIMP en abrégé. Les scientifiques espèrent que si ces WIMP existent, ils interagiraient avec une force nucléaire faible ainsi qu’avec la gravité, ce qui signifie qu’ils réagiraient avec les noyaux atomiques. Ce que font les physiciens, c'est observer des cuves de liquide très dense, dans l'espoir de voir l'éclair d'une particule de matière noire entrer en collision avec le noyau de l'un des atomes. 

Cependant, cela n'a donné aucun résultat jusqu'à présent, proposant que la matière noire n'est pas affectée par la force nucléaire faible, que certains physiciens appellent le « scénario du cauchemar » parce que la gravité affecte très peu les choses à une si petite échelle.

Katherine Freese pense que la clé pour trouver la matière noire est de comprendre ses origines. Freese et Martin Winkler ont suggéré en février 2023 qu'il aurait pu y avoir un autre big bang, quelques semaines après le traditionnel « big bang chaud », appelant cela le « big bang sombre », qui aurait pu donner naissance aux particules de matière noire qui constituent aujourd'hui près d'un tiers de l'univers.

« Les gens supposent toujours que tout est créé en même temps dans un seul big bang, mais qui sait vraiment ? dit Freese.

En 1949, les scientifiques étaient d'abord sceptiques quant à l'idée d'un big bang, mais en 1964 ils ont découvert le fond diffus cosmologique, ou CMB en abrégé, qui ne s'explique que par un big bang. Freese espère trouver un type similaire de bourdonnement de fond composé d'ondes gravitationnelles, ce qui prouverait qu'il existe.

Vous voyez, les calculs de Freese et Winkler proposent qu'il existe trois possibilités différentes pour un big bang sombre, chacune avec des particules différentes, bien que toutes devraient se produire dans un délai d'environ un mois après le big bang chaud afin de ne pas affecter la création de l'univers d'une manière différente de celle que nous voyons aujourd'hui.

"Vous devez être absolument sûr de ne pas toucher à l'évolution standard de la cosmologie." - Katherine Freese

1. Le premier big bang sombre est un big bang abrupt, qui produit de grosses « bulles » en expansion qui libèrent de l'énergie lorsqu'elles entrent en collision. Les bulles seraient si énergétiques qu'elles pourraient avoir 10 billions de fois la masse d'un proton, c'est pourquoi Freese et Winkler appellent "Darkzillas", d'après le monstre japonais fictif "Godzilla".
2. Si le big bang sombre était un processus plus graduel, alors les particules produites seraient plus légères et seraient les WIMPs que recherchent tant de scientifiques, qui auraient leurs propres forces de la nature, comme l'obscurité. l'électromagnétisme pour produire des photons sombres.
3. Cependant, si ces forces obscures n'existent pas dans la solution graduelle, alors vous vous retrouvez avec ces particules de matière noire qui ne peuvent pas équilibrer leur énergie, les obligeant à s'engloutir les unes les autres lors de leur collision.

Bien sûr, ce ne sont là que quelques-unes des possibilités d'un big bang sombre, mais il est toujours on ne sait pas d'où proviendrait l'énergie d'un big bang sombre.

Mais qu'est-ce que cela a à voir avec les ondes gravitationnelles ? Eh bien, Freese dit que les bulles en collision laisseraient des ondulations gravitationnelles dans l'espace-temps connues sous le nom d'ondes gravitationnelles, similaires au CMB produit par le big bang chaud. Il est en fait possible que nous ayons déjà détecté ces vagues, puisque nous les détectons depuis 2016 et en avons trouvé plus d’une centaine. Ils sont généralement causés par des collisions d'objets denses comme des trous noirs ou des étoiles à neutrons, mais il existe une sorte de bourdonnement de fond qui pourrait plus probablement être produit par des collisions de trous noirs lointains, mais il pourrait également s'agir des signaux d'un big bang sombre. 

"Les échelles [d'énergie] dont nous parlons pour le big bang sombre sont parfaites pour les collisions de bulles qui vous donneraient [ces] signaux." dit le Dr Freese

Que cette théorie résiste à l'épreuve du temps ou qu'elle soit réfutée, la recherche se poursuit pour trouver des preuves qu'il y a vraiment eu un sombre big bang.

La vérité se trouve toujours dans la simplicité, et non dans la multiplicité et la confusion des choses. - Isaac Newton

Sources :

Image de couverture : https://scitechdaily.com/images/Dark-Big-Bang-Comparison-scaled.jpg

Source d'information 1 : New Scientist 11 novembre 2023 : https://www.newscientist.com/issue/3464/

Source d'informations 2 : https://science.nasa.