Cet article reprend en les traduisant et les simplifiant les principaux passages de Cosmic threads de Dan Falk, New Scientist 30 december 2023
Une corde cosmique (cosmic string dite aussi cosmic thread) serait un objet hypothétique présent dans tout l’univers. Elle serait semblable à une corde, d’où son nom. Sa longueur pourrait être supérieure à celle de l’univers observable. Son épaisseur serait celle d’une particule subatomique telle que le proton. Elle se déplacerait dans l’univers à une vitesse proche de celle de la lumière. Elle serait animée par une énergie proche celle qui animait l’univers immédiatement après le Big Bang dont elle serait issue
Pour certains cosmologues, dont Neil Turok de l’Université d’Edimbourg, les cordes cosmiques sont la meilleure preuve des « théories unifiées ». Celles-ci considèrent que les forces fondamentales de la nature étaient unifiées dans l’univers primitif précédant le Big Bang. Elles ont divergé ensuite après le Big Bang.
L’existence des cordes cosmiques reste à prouver. Depuis un certain temps cependant les astronomes ont découvert un certain nombre d’anomalies difficilement explicables si l’on ne fait pas appel à elles.. C’est le cas de galaxies anormalement grandes ou d’amas de galaxies aux formes étranges, allongées comme des sandwichs.
Comprendre la raison de l’existence de ces énigmatiques cordes cosmiques devrait permettre à la cosmologie toute entière de faire un pas en avant considérable. Selon Joseph Conlon de l’Université d’Oxford, les théoriciens devraient enfin pouvoir trancher entre les diverses hypothèses intéressant le début et la fin de l’Univers. Il s’agirait d’une véritable révolution.
L’actuel Modèle Standard de la physique des particules ne mentionne pas les cordes cosmique. Il en résulte que la matière noire qui semble indispensable à l’attraction dont ont besoin les galaxies pour ne pas se disperser sous l’effet de la force centrifuge ou bien le comportement des encore mystérieux neutrinos restent inexplicables. Ces lacunes ont conduit les théoriciens à rechercher une extension du Modèle.
Aujourd’hui des théories alternatives supposent qu’au début de l’univers, les trois forces fondamentales étudiées aujourd’hui, l’électromagnétisme et les forces nucléaires faible et forte, ne constituaient qu’une seule force. Avec le refroidissement du cosmos, ces forces se séparèrent. Dans le processus dit de transition de phase s’en étant suivi, elles laissèrent apparaître des fractures qui ont pris la forme des cordes cosmiques d’aujourd’hui.
Ces cordes cosmiques ne doivent pas confondues avec les cosmic superstrings que prévoit la théorie de la gravité quantique visant à fusionner le théorie de la Gravité d’Einstein et la physique quantique. Ces dernières sont de minuscules entités unidimensionnelles vibrantes. Pourtant, certaines d’entre elles auraient pu devenir des cordes cosmiques en s’agrandissant brusquement lors de l’expansion de l’univers.
Des étrangetés galactiques
Avec tant d’hypothèses concernant les cordes cosmiques, comment pourrait on se représenter la forme qu’elles auraient aujourd’hui ? Certaines pourraient être assez longues pour s’étendre à travers l’univers tout entier, en comportant des sursauts d’énergie voyageant au long d’elles à une vitesse proche de celle de la lumière. Ce faisant, elles pourraient se rencontrer en créant un réseau enchevêtré. Elles formeraient alors des boucles grandes ou petites qui ajouteraient à la complexité du réseau.
Si un tel réseau existait, il devrait laisser sa marque dans le cosmos en attirant à lui tout ce qui possède une masse. Cette hypothèse permettrait de comprendre comment se sont formés les amas de galaxies et les galaxies dans l’univers primitif, alors que la matière émergeait et s’agglomérait en grands ensembles.
Cependant au début des années 1990, les théoriciens se désintéressèrent de l’hypothèse des cordes cosmiques. Quand ils mesurèrent le Cosmic Microwave Background CMB, ils constatèrent qu’il était presque homogène d’une partie du ciel à l’autre. Cela ne correspondait pas à l’idée que les cordes cosmiques étaient responsables de la quasi-totalité de l’énergie de l’univers. Tout au plus, un dixième de celle-ci seulement était impliqué par ces structures.
Pour le cosmologue Jim Pebbles, de l’Université de Princeton, les cordes peuvent néanmoins être détectables du fait des déformations qu’elles imposent encore à certains amas de galaxies. C’est ainsi que l’amas de galaxies qui comprend la Voie lactée a pris la forme d’un sandwich. Il est 30 fois plus long que large.
Ceci ne veut pas dire que les cordes cosmiques auraient été responsables à elles seules de la formation des galaxies. Mais elles pourraient cependant être encore présentes et détectables avec des moyens suffisamment puissants.
Dans un article publié en décembre 2023, Flat patterns in cosmic structure Jim Peebles considère que ces déformations méritent d’être étudiées
https://academic.oup.com/mnras/article/526/3/4490/7296159
Pour Jim Peebles, ces déformations sont difficilement compatibles avec le Lamba CDM model désignant la force censée accélérer l’expansion de l’univers
https://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le_%CE%9BCDM Si cela était le cas, les cordes cosmiques devraient être vues comme des rayons froids et presque droits.
De nouvelles observations des galaxies les plus anciennes semblent justifier l’existence des cordes cosmiques Leur capacité à rassembler et déplacer de la matière pourrait expliquer la formation rapide de ces galaxies En février 2024 le nouveau James Webb Space Telescope avait observé quelques unes des galaxies massives qui s’étant formées 500 à 800 d’années après le Big Bang.
La rapidité de leur apparition impliquait que les cordes cosmiques n’avaient pas été directement responsables de leur formation. Néanmoins, celles-ci pouvaient y avoir participé par des apports de matière . Les théoriciens spécialistes des cordes cosmiques considèrent qu’elles auraient eu leur plus grande influence sur la formation des structures juste après le Big Bang.
Robert Brandenberger de l’Université Mac Gill à Montréal a prévu d’étudier les cordes cosmiques via l’importance des ondes radio provenant des plus anciennes de ces galaxies, dites radiation de 21cm. émises 50 millions d’années après le Big Bang.
Les astronomes pensent avoir eu une autre preuve de la présence des cordes cosmiques quand deux galaxies leur apparurent être comme dans un miroir l’exacte image l’une de l’autre. En fait il s’agissait d’une seule galaxie, dont l’image aurait été dupliquée par le passage lointain supposée d’une corde cosmique entre cette galaxie et la Terre. Mais tous ne sont pas convaincus.
Une nouvelle occasion sera bientôt offertes pour vérifier l’éventuelle présence d’une corde cosmique. Il s’agira de l’étude des ondes gravitationnelles conduite par la collaboration internationale fondée à cette fin. Les spécialistes considèrent que la présence de cordes cosmiques pourraient avoir une influence sur certaines ondes gravitationnelles.
Que serait la relation entre les cordes cosmiques et les ondes gravitationnelles ? Celles-ci sont supposées résulter entre autres raisons de la collision entre les innombrables trous noirs supermassifs que comprend l’univers. Les cordes cosmiques qui vibrent constamment du fait de leurs tensions pourraient aussi émettre des ondes gravitationnelles. Celles-ci seraient cependant très faibles et difficiles à détecter. Il faudrait encore une décennie de données pour espérer y voir plus clair; A cette fin le North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves pourrait être mis à contribution.
Note
Flat patterns in cosmic structure
P J E Peebles
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 526, Issue 3, December 2023, Pages 4490–4501, https://doi.org/10.1093/mnras/stad3051
Published:
06 October 2023
ABSTRACT
It is natural to wonder how far the flat pattern in the distribution of galaxies and clusters of galaxies around the de Vaucoueurs Local Supercluster extends, and whether there are other similarly extended flat patterns in the large-scale structure of the Universe. I present evidence of two extended flat and thin sheet-like patterns in the distributions of galaxies and clusters detected at redshift z < 0.021. Sheet A contains our position and is tilted 11° from the supergalactic pole, meaning the Local Supercluster is a moderately bent part of the more extended Sheet A. The continuation of this sheet is detected in the disjoint sample of galaxies at redshifts 0.021 < z < 0.041 and again in the disjoint samples of galaxies and clusters of galaxies at 0.042 < z < 0.085. Sheet B is 15 Mpc from us at its closest point. It is detected at z < 0.021 and at 0.021 < z < 0.041. These results make a serious case for the reality of signatures of close to flat and thin extended sheet-like patterns in cosmic structure, and an interesting challenge for the lambda-cold dark matter cosmology.
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