Des chercheurs ont appliqué la théorie quantique des champs à l'étude de l'Univers primitif. Cette théorie, habituellement utilisée pour étudier l'infiniment petit, offre une nouvelle perspective sur les premiers instants de notre cosmos.
Cette approche a conduit à la conclusion qu'il devrait y avoir bien moins de micro trous noirs que ce que la plupart des modèles suggèrent. Ces trous noirs pourraient être une composante de la matière noire, les observations à venir permettront de le confirmer ou de l'infirmer. Les résultats ont été publiés dans
Physical Review Letters et
Physical Review D.
Il est admis que l'Univers a environ 13,8 milliards d'années. Il a commencé par une explosion, le Big-Bang, puis s'est rapidement étendu lors de l'inflation, et est passé d'un état homogène à une structure granulaire. La matière noire, une substance toujours mystérieuse, pourrait être constituée de trous noirs anciens.
Jason Kristiano, étudiant diplômé, explique que les trous noirs primordiaux sont considérés comme un candidat sérieux pour la matière noire, mais ils devraient être nombreux pour valider cette théorie. Malgré des raisons solides expliquant leur abondance attendue, ils n'ont pas été observés directement, et un nouveau modèle pourrait expliquer cette absence.
Kristiano et son superviseur, le Professeur Jun'ichi Yokoyama, ont examiné divers modèles de formation des trous noirs primordiaux, mais ont constaté qu'ils ne correspondaient pas aux observations du fond diffus cosmologique. Leurs travaux proposent une correction au modèle de formation des trous noirs primordiaux à partir de l'inflation cosmique, en accord avec les observations actuelles.
L'étude montre comment les fluctuations de grande amplitude générées à petite échelle peuvent amplifier les fluctuations à grande échelle observées dans le fond diffus cosmologique.
Crédit: 2024 ESA/Planck Collaboration, modifié par Jason Kristiano CC-BY-ND
Yokoyama précise que les fluctuations à petite échelle et de grande amplitude dans l'Univers primitif peuvent amplifier les ondes plus longues, observées dans le fond diffus cosmologique. Ce phénomène, expliqué par la théorie quantique des champs, pourrait modifier l'explication standard des structures grossières de l'Univers.
Enfin, cette nouvelle compréhension des fluctuations primordiales restreint le nombre de trous noirs primordiaux possibles, suggérant qu'un plus petit nombre peut expliquer la matière noire. Les futures observations des observatoires des ondes gravitationnelles, comme LIGO, Virgo et KAGRA, apporteront des données supplémentaires pour affiner cette théorie.
Cette recherche a été effectuée au Centre de Recherche sur l'Univers Primitif (RESCEU) et à l'Institut Kavli pour la Physique et les Mathématiques de l'Univers (Kavli IPMU) de l'Université de Tokyo.