De nouvelles recherches suggèrent l’existence d’un « monde miroir » invisible composé de particules qui interagissent avec notre monde uniquement par le biais de la gravité et qui pourrait être la clé pour résoudre une énigme majeure de la cosmologie actuelle, à savoir le problème de la constante de Hubble.
La constante de Hubble est le taux d’expansion de l’univers actuel. Les prédictions de ce taux, issues du modèle standard de la cosmologie, sont nettement inférieures au taux constaté par nos mesures locales les plus précises. De nombreux cosmologistes ont tenté de résoudre cette divergence en modifiant notre modèle cosmologique actuel. Le défi consiste à le faire sans compromettre l’accord entre les prédictions du modèle standard et de nombreux autres phénomènes cosmologiques, tels que le fond diffus cosmologique. Déterminer si un tel scénario cosmologique existe est la question à laquelle les chercheurs, dont Francis-Yan Cyr-Racine, professeur adjoint au département de physique et d’astronomie de l’université du Nouveau-Mexique, Fei Ge et Lloyd Knox de l’université de Californie à Davis, ont tenté de répondre.
Selon la NASA, la cosmologie est l’étude scientifique des propriétés à grande échelle de l’univers dans son ensemble. Les cosmologistes étudient des concepts tels que la matière noire, l’énergie noire et la question de savoir s’il existe un seul ou plusieurs univers, parfois appelés multivers. La cosmologie englobe l’univers entier, de la naissance à la mort, avec des mystères et des intrigues à chaque tournant.
Aujourd’hui, Cyr-Racine, Ge et Knox ont découvert une propriété mathématique des modèles cosmologiques passée inaperçue jusqu’à présent, qui pourrait, en principe, permettre un taux d’expansion plus rapide tout en modifiant à peine les autres prédictions du modèle cosmologique standard testées avec une plus grande précision. Ils ont découvert qu’une uniformisation des constantes gravitationnelle et de diffusion des photons et des électrons laisse la plupart des observables cosmologiques sans dimension presque invariantes.
« En fait, nous soulignons qu’un grand nombre des observations que nous faisons en cosmologie présentent une symétrie inhérente lorsque l’univers est remis à l’échelle dans son ensemble. Cela pourrait permettre de comprendre pourquoi il semble y avoir une divergence entre les différentes mesures du taux d’expansion de l’Univers. »
Les travaux de recherche, intitulés « Symmetry of Cosmological Observables, a Mirror World Dark Sector, and the Hubble Constant », ont été publiés récemment dans Physical Review Letters.
Ce résultat ouvre une nouvelle voie pour concilier les observations du fond diffus cosmologique et de la structure à grande échelle avec des valeurs élevées de la constante de Hubble H0 : trouver un modèle cosmologique dans lequel la transformation d’échelle peut être réalisée sans violer les mesures des quantités non protégées par la symétrie. Ce travail a ouvert une nouvelle voie vers la résolution de ce qui s’est avéré être un problème difficile. La poursuite de la construction du modèle pourrait apporter une cohérence avec les deux contraintes non encore satisfaites : les abondances primordiales déduites de deutérium et d’hélium.
Si l’univers exploite d’une manière ou d’une autre cette symétrie, les chercheurs sont amenés à une conclusion extrêmement intéressante : il existe un univers miroir très similaire au nôtre mais invisible pour nous, sauf par son impact gravitationnel. Un tel « monde miroir » obscur permettrait une mise à l’échelle efficace des constantes gravitationnelles tout en respectant la densité moyenne de photons précisément mesurée aujourd’hui.
« En pratique, cette symétrie d’échelle ne pourrait être réalisée qu’en incluant un monde miroir dans le modèle — un univers parallèle avec de nouvelles particules qui sont toutes des copies de particules connues », a déclaré Cyr-Racine. « L’idée d’un monde miroir est apparue dans les années 1990, mais n’avait jamais été reconnue comme une solution potentielle au problème de la constante de Hubble. »Cela peut sembler fou à première vue, mais de tels mondes miroirs font l’objet d’une importante littérature physique dans un contexte complètement différent puisqu’ils peuvent aider à résoudre des problèmes importants en physique des particules« , explique Cyr-Racine. »Notre travail nous permet de relier, pour la première fois, cette vaste littérature à un problème important en cosmologie.« En plus de rechercher les ingrédients manquants dans notre modèle cosmologique actuel, les chercheurs se demandent également si cette divergence de la constante de Hubble pourrait être causée en partie par des erreurs de mesure. Bien que cela reste une possibilité, il est important de noter que l’écart est devenu de plus en plus important à mesure que des données de meilleure qualité ont été incluses dans les analyses, ce qui suggère que les données pourraient ne pas être en cause. »On est passé de deux Sigma et demi, à trois, et de trois et demi à quatre Sigma. À présent, nous sommes pratiquement au niveau cinq Sigma« , a déclaré M. Cyr-Racine. »C’est le chiffre clé qui pose un réel problème, car vous avez deux mesures de la même chose, qui, si vous avez une image cohérente de l’univers, devraient être complètement cohérentes l’une avec l’autre, mais elles diffèrent d’une quantité statistiquement significative.« »nous n’en sommes aux prémisses et nous avons réfléchi à ce qui pourrait causer cela et pourquoi ces mesures sont discordantes ? C’est un gros problème pour la cosmologie. Nous ne semblons pas comprendre ce que fait l’univers aujourd’hui."
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