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Posté par Adrien le Mercredi 20/12/2017 à 00:00
La turbulence des ondes gravitationnelles dans l'Univers primordial
La possibilité de détecter directement les ondes gravitationnelles laisse présager d'importantes découvertes sur le fonctionnement de notre Univers. Deux chercheurs du Laboratoire de Physique des Plasmas (CNRS / Ecole Polytechnique / Université Paris-Sud / UPMC / Observatoire de Paris) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Warwick soulèvent un coin du voile sur la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) à l'oeuvre dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) très primordial en parvenant à décrire le comportement non-linéaire des ondes gravitationnelles. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Nous vivons actuellement une véritable révolution avec la multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .) d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) directes d'ondes gravitationnelles. Cette nouvelle astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés...) nous promet des découvertes surprenantes dans les prochaines années sur le fonctionnement de notre Univers proche ou lointain. Qu'en est-il de l'étude théorique des ondes gravitationnelles ?

Les chercheurs ont étudié le comportement non-linéaire d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) aléatoire d'ondes gravitationnelles de faible amplitude (Dans cette simple équation d’onde :). On peut s'attendre à un tel comportement dans des cas extrêmes tels que l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) des trous noirs ou l'Univers très primordial: en effet, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) 10^-36s une brisure de symétrie de la Théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) de Grande Unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce...) est attendue qui, selon certains scénarii, pourrait mener à une transition de phase (En physique, une transition de phase est une transformation du système étudié provoquée par la variation d'un paramètre extérieur particulier (température, champ magnétique...).) du premier ordre entraînant la génération de bulles de vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) (voir figure) ; les collisions de ces bulles seraient une source puissante d'ondes gravitationnelles.


Les bulles du vide de l'univers primordial (image d'artiste sans licence).

Dans ce travail, les chercheurs ont obtenu, par un développement mathématique rigoureux, les équations de la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère...) d'ondes gravitationnelles ainsi que leurs solutions. Leurs calculs sont basés sur les équations de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie relativiste de la...) qui sont supposées être valables au-delà du temps de Planck (Le temps de Planck, également appelé échelle de Planck est, en physique, une unité de temps qui fait partie du système des unités de Planck. Notée tP.) (10-43s). Ils ont montré qu'un forçage initial de la métrique espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur...) autour d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) kF mène à l'excitation de fluctuations de la métrique à des nombres d'ondes plus grands et plus petits que kF. Dans le premier cas, la cascade directe vers les petites échelles est limitée par l'échelle de Planck sous laquelle la gravité quantique (La gravité quantique est la branche de la physique théorique tentant d'unifier la mécanique quantique et la relativité générale.) domine. Dans le deuxième cas, la cascade inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un...) est explosive avec en principe la possibilité d'exciter des fluctuations de kF à k=0 (échelle infinie) en un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) fini. Le mécanisme s'arrête cependant à l'échelle où la turbulence devient forte. Cette cascade inverse fournit un mécanisme efficace pour homogénéiser les fluctuations primordiales de l'Univers.

Ces résultats ouvrent des perspectives excitantes car de récents travaux numériques démontrent que la métrique espace-temps autour les trous noirs est sujette à un phénomène de cascade inverse qui reste à comprendre. Par ailleurs, les travaux des deux chercheurs laissent entrevoir la possibilité d'un mécanisme d'expansion accélérée de l'Univers primordial par des effets non-linéaires si en particulier (ce n'est pas la seule condition) le mécanisme de transfert inverse peut s'étendre au régime de turbulence forte. A l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure solaire »...) où de nombreuses questions cosmologiques restent ouvertes (origines de l'énergie sombre (En cosmologie, l'énergie sombre est une forme d'énergie hypothétique remplissant tout l'Univers et exerçant une pression négative se comportant comme une force gravitationnelle répulsive. L'énergie sombre pourrait...), de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) sombre ou de l'inflation cosmologique), la physique non-linéaire pourrait apporter des réponses originales.

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Source: CNRS-INSU
 
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