Cosmologie

Des points chauds inattendus dans le fond cosmologique des micro-ondes (CMB) pourraient avoir été produits par l’évaporation de trous noirs avant le Big Bang. C’est ce que dit un trio de scientifiques dirigé par le physicien mathématique Roger Penrose dans un article présentant de nouvelles preuves que notre univers n’est qu’une étape dans un cycle potentiellement infini d’extinction et de renaissance cosmiques. D’autres chercheurs, cependant, restent sceptiques quant au fait que le fond des micro-ondes contient réellement des signes d’un “aeon” précédent.

Selon la cosmologie standard, l’univers a connu une expansion très brève mais exceptionnellement intense juste après le Big Bang. Cette période d'”inflation” aurait aplani toute irrégularité dans la structure de l’univers primitif, conduisant au cosmos très uniforme que nous observons autour de nous.

Cependant, Penrose, basé à l’Université d’Oxford, a développé une théorie rivale connue sous le nom de “cosmologie cyclique conforme” (CCC) qui postule que l’univers est devenu uniforme avant, plutôt qu’après, le Big Bang. L’idée est que l’univers circule d’un éon à l’autre, commençant chaque fois infiniment petit et ultra-lisse avant de se dilater et de générer des amas de matière. Cette matière finit par être aspirée par des trous noirs supermassifs, qui disparaissent à très long terme en émettant continuellement un rayonnement de colportage. Ce processus rétablit l’uniformité et prépare le terrain pour le prochain Big Bang.

Perte de masse

La CCC a rencontré le scepticisme de nombreux cosmologistes depuis sa mise en avant en 2005, notamment parce que la mise en correspondance d’un univers infiniment grand dans un éon avec un univers infiniment petit dans le prochain nécessite que toutes les particules perdent leur masse lorsque l’univers devient très vieux. Cependant, en 2010, Penrose et Vahe Gurzadyan de l’Institut de physique d’Erevan en Arménie ont affirmé avoir trouvé des preuves à l’appui du CCC sous la forme d’anneaux de température uniforme dans le CMB. Ces anneaux, l’idée est allée, seraient la signature dans notre éon d’ondes gravitationnelles émises sphériquement générées par la collision de trous noirs dans l’éon précédent.

La paire a trouvé de tels anneaux dans les données de la sonde d’anisotropie micro-ondes de Wilkinson (WMAP) de la NASA, tout en affirmant qu’ils n’avaient pas vu un tel motif dans les simulations (standard) du CMB qu’ils avaient effectuées. D’autres groupes, cependant, ont fait valoir que les simulations contenaient effectivement des anneaux – une fois qu’ils avaient été modifiés pour tenir compte de la distribution des points chauds et froids à diverses échelles angulaires visibles dans le CMB réel et prédites par la physique inflationniste.

Sans se décourager, Penrose a maintenant publié un autre type de preuves à l’appui de la CCC. Plutôt que des anneaux de température presque uniforme, il a plutôt identifié des taches dans le CMB qui sont beaucoup plus chaudes que la région environnante. L’idée est que ces points chauds pourraient être dus au rayonnement (principalement électromagnétique) émis lors de l’évaporation de Hawking des trous noirs supermassifs dans l’éon précédent.

Points de colportage

Penrose dit que bien qu’à l’origine très faibles, ces émissions auraient été concentrées dans notre propre éon en endroits avec d’énormes quantités d’énergie que lui et ses collègues appellent des points de colportage. Cette concentration se produit, explique-t-il, parce que “l’univers perd la trace de sa taille à la transition entre les éons”. Les points de Hawking se seraient alors étendus au début de l’univers, formant des plaques circulaires d’un diamètre sur le ciel environ cinq fois celui de la Lune.

Dans une préimpression récemment téléchargée sur le serveur arXiv, Penrose et deux collègues – Daniel An du SUNY Maritime College aux États–Unis et Krzysztof Meissner de l’Université de Varsovie en Pologne – rapportent avoir récuré les données de CMB du satellite Planck de l’Agence spatiale européenne à la recherche de points chauds de différentes tailles et analysé la vitesse à laquelle la température des micro-ondes chute autour d’eux par rapport aux points de 1000 cartes simulées du CMB. Ils ont constaté que dans et autour de petites taches, pas une seule carte simulée n’avait de gradients de température plus élevés que le cosmos réel – les variations de température dans ce dernier cas étant environ un ordre de grandeur plus élevé (environ 3× 10-4 K) que la moyenne du CMB.

Fort soutien

Selon Penrose, cette disparité entre les données réelles et simulées fournit un solide soutien au CCC sur l’inflation. “Nous nous félicitons certainement des tentatives d’expliquer ces observations en termes de modèles actuellement acceptés”, dit-il, “mais nous pensons que ce sera difficile à moins que des idées radicalement nouvelles ne se dégagent”.

L’univers pourrait être pris dans une boucle et un réacteur nucléaire naturel

D’autres physiciens, cependant, restent peu convaincus. James Zibin de l’Université de la Colombie-Britannique au Canada souligne que les scientifiques examinent le CMB depuis des années et n’ont trouvé aucune preuve de points particulièrement chauds (bien qu’ils aient identifié une tache froide anormale). Il estime également que Penrose et ses collègues n’ont pas pris en compte l’effet “regarder ailleurs”, arguant que parce qu’ils ont trouvé les points les plus chauds dans le réel par opposition aux données simulées dans seulement 2 tests sur 40 (en se concentrant sur différentes tailles de tache et de région frontalière CMB à chaque fois), les chances d’avoir été victime d’un coup de chance statistique tombent de 1 sur 1000 à aussi bas que 1 sur 50.

Douglas Scott, un collègue de Zibin en Colombie-Britannique, est également sceptique. Décrivant le document comme “très confus et difficile à suivre”, il se méfie de ce qu’il considère comme une série potentiellement sans fin de tentatives pour trouver des caractéristiques inhabituelles dans le CMB. “De toute évidence, si quelqu’un pouvait montrer qu’un motif spécifique sur le ciel des micro-ondes était une preuve que l’univers a subi une série de cycles, alors ce serait spectaculairement excitant”, dit-il. “Mais ce document est très loin de le faire.”