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Notre modèle cosmologique de l'Univers, basé sur la mécanique quantique et la relativité générale, considère généralement que l'Univers est plat. Cependant, il ne dit rien sur la topologie de l'Univers lui-même: est-il infini, a-t-il des boucles, etc. L'étude de PRL se concentre sur cet aspect et sur la possibilité que les modèles actuels et les données collectés soient compatibles avec la présence de ces topologies exotiques ou non triviales.
Cette recherche fait partie de la collaboration COMPACT, une équipe internationale de scientifiques. Le professeur Glenn D. Starkman, de l'Université Case Western Reserve dans l'Ohio, a discuté du travail de l'équipe. Il a exprimé son intérêt pour la possibilité que l'Univers ait une topologie "intéressante", bien que cela soit souvent considéré comme exotique.
Le fond diffus cosmologique est un rayonnement électromagnétique très homogène observé dans toutes les directions du ciel et dont le pic d'émission est situé dans le domaine des micro-ondes. Prédite dans les années 1940 comme un vestige du Big Bang, elle a été détectée par accident en 1965.
Après le Big Bang, l'Univers était une soupe de particules fondamentales et de gaz à des températures et pressions extrêmement élevées. En se refroidissant, les particules ont formé des atomes, permettant aux photons de voyager librement, marquant la propagation du fond diffus cosmologique, considéré comme une "rémanence" du Big Bang.
Une carte du fond diffus cosmologique.
Crédit: ESA et la collaboration Planck. noirlab.edu/public/images/CMB.
Le fond diffus cosmologique est présent partout et est généralement uniforme en température. Cependant, de petites fluctuations et anomalies n'ont pas encore été expliquées. Les chercheurs de l'étude PRL proposent que ces anomalies pourraient être expliquées par des topologies non triviales de l'Univers.
La topologie est une branche des mathématiques qui traite de la forme et de la structure des objets. Les règles de la topologie diffèrent de celles de la géométrie, mais la géométrie influence la topologie. La géométrie définit comment l'espace est courbé, tandis que la topologie définit la connectivité de l'espace, avec des courbes ou des boucles.
Le professeur Starkman a expliqué que l'Univers pourrait être comme un vieux jeu vidéo, où quitter le côté droit de l'écran vous ferait réapparaître à gauche, ce qu'on appelle être multiplement connecté.
Si l'Univers était multiplement connecté, nous observerions des cercles de température appariés, car la lumière provenant d'une source pourrait voyager par deux chemins différents et arriver à l'observateur de deux directions. Cependant, aucune preuve d'existence de ces cercles n'a encore été trouvée.
Les chercheurs proposent des méthodes supplémentaires pour détecter cette topologie, en particulier des altérations dans les motifs statistiques des fluctuations de température dans les données du fond diffus cosmologique et dans la structure à grande échelle de l'Univers. Ces détections nécessitent une puissance de calcul énorme et l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage automatique pour accélérer les calculs.
Le professeur Starkman espère que la recherche sur la topologie cosmique sera relancée après une pause d'une décennie.