L’Univers des trous noirs : Un nouveau modèle suggère que le Big Bang n’était pas le début de tout

« Nous n’assistons pas à la naissance de tout à partir de rien, mais plutôt à la poursuite d’un cycle cosmique », a déclaré le professeur Enrique Gaztanaga.

Une équipe de physiciens a proposé un nouveau modèle cosmologique – appelé « univers des trous noirs » – qui suggère que notre univers n’a pas commencé lors du Big Bang.

Pendant longtemps, on a supposé que l’univers était statique, qu’il s’agissait d’un espace potentiellement infini qui n’était ni en expansion ni en contraction. Mais dans les années 1920, l’astronome Edwin Hubble a commencé à mesurer le décalage vers le rouge, c’est-à-dire le déplacement de la lumière vers l’extrémité rouge du spectre, et a remarqué qu’il variait en fonction de la vitesse à laquelle un objet lointain s’éloignait de nous, les galaxies les plus éloignées semblant s’éloigner de nous plus rapidement.

Après de très nombreuses observations minutieuses du décalage vers le rouge des galaxies, qui semblaient montrer que l’univers était en expansion, les physiciens ont tenté de l’expliquer en remontant le temps et en rapprochant la matière. Le résultat, étayé par la découverte du fond diffus cosmologique (CMB) – considéré comme la faible « rémanence » de la première lumière dans l’univers – a été le modèle du Big Bang. Selon ce modèle, l’univers a été écrasé jusqu’à devenir une singularité, avant de s’étendre jusqu’à l’univers que nous connaissons et que nous détestons aujourd’hui.

Depuis, nous avons beaucoup progressé dans notre étude des débuts de l’univers et dans notre compréhension de l’expansion de l’univers. Mais le modèle pose des problèmes qui, selon certains physiciens, indiquent que le modèle de l’inflation et du Big Bang est incorrect.

« Tout d’abord, le modèle du Big Bang commence par une singularité, un point de densité infinie où les lois de la physique s’effondrent », écrit Enrique Gaztanaga, professeur à l’Institut de cosmologie et de gravitation de l’université de Portsmouth et auteur principal du nouvel article, dans un article publié dans The Conversation.

« Il ne s’agit pas seulement d’un problème technique, mais d’un problème théorique profond qui suggère que nous ne comprenons pas du tout le commencement. »

Bien que le modèle de l’énergie noire et de la matière noire froide reste notre meilleure compréhension de l’univers, Gaztanaga n’est pas satisfait de l’idée de l’inflation cosmique et de l’énergie noire, qu’il qualifie de composants « mystérieux » que nous n’avons jamais observés directement. Dans son nouvel article, l’équipe a adopté une approche différente, en tentant de déterminer ce qui se passe lorsqu’une région de matière trop dense s’effondre sous l’effet de la gravité.

Comme vous l’avez peut-être remarqué, il s’agit d’un sujet très étudié, mais l’équipe pense avoir acquis de nouvelles connaissances grâce à cet exercice. Tout repose sur le principe d’exclusion de Pauli, parfois appelé « principe d’exclusion quantique », qui stipule que deux fermions identiques ne peuvent pas occuper simultanément le même état quantique au sein d’un système. En examinant ce qui se passe lorsque la matière s’effondre sous l’effet de la gravité, les chercheurs pensent avoir trouvé une solution où l’effondrement gravitationnel ne se termine pas par une singularité, mais par un rebond.

« Nous montrons que cette règle empêche les particules de la matière qui s’effondre d’être comprimées indéfiniment. Par conséquent, l’effondrement s’arrête et s’inverse. Le rebond n’est pas seulement possible, il est inévitable dans les bonnes conditions », écrit Gaztanaga, qui ajoute que ce rebond se produit entièrement dans le cadre de la relativité générale, sans champs supplémentaires ni autre physique « spéculative ».

« Ce qui émerge de l’autre côté du rebond est un univers remarquablement semblable au nôtre. Plus surprenant encore, le rebond produit naturellement les deux phases distinctes de l’expansion accélérée – l’inflation et l’énergie noire – qui sont régies non pas par des champs hypothétiques, mais par la physique du rebond elle-même », ajoute-t-il.

Les nouveaux modèles d’univers tels que celui-ci sont assez fréquents. Mais l’équipe estime que l’une des forces de ce modèle réside dans sa capacité à être testé.

« La preuve irréfutable de notre scénario de rebond est la présence d’une petite courbure spatiale et d’un petit terme [constante cosmologique] », écrit l’équipe dans son article. « Si ce dernier a déjà été mesuré avec une grande précision, le premier reste une prédiction vérifiable pour les prochaines études cosmologiques. »

Le modèle prédit que l’espace n’est pas plat, mais qu’il présente une légère courbure positive, ou que des lignes parallèles finiront par converger, comme la surface de la Terre qui semble plate mais qui est légèrement courbée à plus grande échelle. L’équipe pense que cette hypothèse pourra être testée lors de prochaines missions spatiales, comme la mission Arrakihs de l’Agence spatiale européenne.

Si elle s’avérait vraie – et il y a beaucoup d’autres phénomènes qu’elle devrait expliquer mieux que les modèles actuels pour être acceptée – elle pourrait avoir un impact profond sur notre vision de l’univers et sur la place que nous y occupons.

« Dans ce cadre, l’ensemble de l’univers observable se trouve à l’intérieur d’un trou noir formé dans un univers ‘parent’ plus vaste », conclut M. Gaztanaga.

« Nous ne sommes pas spéciaux, pas plus que la Terre ne l’était dans la vision géocentrique du monde qui a conduit Galilée (l’astronome qui a suggéré que la Terre tournait autour du Soleil aux XVIe et XVIIe siècles) à être assigné à résidence. Nous n’assistons pas à la naissance de tout à partir de rien, mais plutôt à la poursuite d’un cycle cosmique, façonné par la gravité, la mécanique quantique et les profondes interconnexions qui les relient. »

L’étude est publiée dans Physical Review D.

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Source : IFLScience – Traduit par Anguille sous roche