Les grands relevés de galaxies conservent le souvenir des neutrinos primordiaux
Publié par Redbran le 21/03/2019 à 14:00
Source: CEA

(c)NASA
Une collaboration internationale à laquelle participe l'Irfu est parvenue à extraire une information sur les neutrinos produits par le Big Bang en analysant des grandes structures de l'Univers.

Près de 10^-32 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure...) après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans...), l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) connaît une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) d'expansion prodigieuse (inflation). Cet événement mystérieux perturbe 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, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) - un plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant qu'elles ne...) dense et opaque - en donnant naissance à des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte...) de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.), analogues au son.

Ces ondes parviennent à se propager dans ce fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans...) de protons, neutrons, électrons, photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit...) et neutrinos, pendant 380.000 ans... jusqu'à ce que jaillisse la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...). L'Univers s'est alors assez "dilaté" et refroidi pour que les électrons et les protons puissent former des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et libèrent les premiers photons que nous pouvons observer aujourd'hui ("fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement électromagnétique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de façon quasi uniforme dans toutes les directions.)"). Les ondes de pression primordiales cessent de se propager dans ce nouvel 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 environnement tend actuellement...) et la structure périodique de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...) de matière associée à ces ondes se fige, en donnant naissance aux grandes structures de l'Univers.

Or le modèle standard de la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) prévoit que ces grandes structures conservent l'empreinte des neutrinos primordiaux. Plus précisément, il existe une relation entre la distribution spatiale de la matière à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur. Le terme...) et le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de variété de neutrinos. Ceci peut être relié au fait que les neutrinos primordiaux se déplacent à la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un...) dans le fluide de protons, de neutrons et de photons, qui porte des ondes acoustiques se propageant plus lentement (c/√3).

Pour débusquer ces informations sur les neutrinos, la collaboration Sloan Digital Sky Survey exploite un catalogue de 1,2 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001)....) de galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la...) éloignées de nous de 2,7 à 10 milliards d'années-lumière et établit, pour différents âges de l'Univers, la distribution spatiale de la matière à grande échelle. Elle met en évidence une structure périodique, "relique" des ondes acoustiques primordiales, conformément aux prévisions théoriques.

Les chercheurs "incorporent" ensuite à leurs données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) celles issues du fond diffus cosmologique, observé en microondes par le satellite Planck (Planck est un satellite artificiel de l'Agence spatiale européenne qui doit être lancé en septembre 2008.) notamment. De cette manière, ils mettent en évidence pour la première fois l'impact des neutrinos sur la propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue...) acoustiques, excluant un univers primordial sans neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½.). Ils réalisent ainsi une détection indirecte du fond diffus de neutrinos cosmiques produits par le Big Bang.

Avec davantage de données observationnelles, grâce notamment à Desi (Dark Energy Spectroscopic Instrument) ou Euclid, il deviendra possible de déterminer plus précisément le nombre de familles de neutrinos.

Références

First Measurement of neutrinos in the BAO Spectrum, arxiv

First Constraint on the Neutrino-Induced Phase Shift in the Spectrum of Baryon (Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les représentants les plus connus sont le proton et le neutron. Le terme « baryon » vient du grec barys qui signifie...) Acoustic Oscillations, Nature Physics
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