Que peuvent révéler les ondes gravitationnelles sur la matière noire? Les scientifiques du cluster d’excellence PRISMA + analysent les données de l’observatoire des ondes gravitationnelles NANOGrav –

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  • La collaboration NANOGrav a récemment capturé les premiers signes d’ondes gravitationnelles à très basse fréquence. Le professeur Pedro Schwaller et Wolfram Ratzinger ont analysé les données et, en particulier, ont examiné la possibilité de savoir si cela pourrait indiquer une nouvelle physique au-delà du modèle standard. Dans un article publié dans la revue Physique SciPost, ils rapportent que le signal est cohérent à la fois avec une transition de phase dans l’univers primitif et avec la présence d’un champ de particules extrêmement légères de type axion (ALP). Ces derniers sont considérés comme des candidats prometteurs pour la matière noire.

    Les ondes gravitationnelles ouvrent une fenêtre sur l’univers primitif. Bien que le fond de micro-ondes cosmique omniprésent ne donne aucun indice sur les 300 000 premières années de notre univers, ils fournissent quelques aperçus de ce qui s’est passé pendant le Big Bang. «C’est exactement cet univers très ancien qui est si passionnant pour les physiciens des particules», explique Pedro Schwaller, professeur de physique théorique au cluster d’excellence PRISMA + à l’université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU). “C’est le moment où les particules élémentaires comme les quarks et les gluons sont présentes, puis se combinent pour former les éléments constitutifs des noyaux atomiques.”

    La particularité des ondes gravitationnelles que la collaboration NANOGrav a détectées pour la première fois est qu’elles ont une fréquence très basse de 10-8 Hertz, ce qui équivaut à environ une oscillation par an. En raison de leur longueur d’onde proportionnellement grande, pour les détecter, tout détecteur devrait également être également grand. Comme un tel détecteur n’est pas possible ici sur Terre, les astronomes de NANOGrav utilisent des pulsars distants et leurs signaux lumineux comme d’énormes détecteurs.

    Wolfram Ratzinger décrit la motivation derrière leur travail: «Même si jusqu’à présent les données ne nous fournissent qu’un premier indice de l’existence d’ondes gravitationnelles à basse fréquence, il est toujours très excitant pour nous de travailler avec elles. C’est parce que de telles ondes pourrait être produit par divers processus qui se sont produits dans l’univers primitif. Nous pouvons maintenant utiliser les données dont nous disposons déjà pour décider, lesquelles d’entre elles entrent en considération et celles qui ne correspondent pas du tout aux données. “

    En conséquence, les scientifiques basés à Mayence ont décidé d’examiner de près deux scénarios qui auraient pu provoquer les ondes gravitationnelles observées: des transitions de phase dans l’univers primitif et un champ de matière noire de particules extrêmement légères de type axion (ALP). De telles transitions de phase se produisent en raison de la baisse de température dans la soupe primordiale après le Big Bang et entraînent des turbulences massives – cependant, comme la matière noire, elles ne sont pas couvertes par le modèle standard.

    Sur la base des données disponibles, Pedro Schwaller et Wolfram Ratzinger interprètent les résultats de leur analyse avec une relative prudence: “Le scénario de transition de phase précoce est peut-être légèrement plus probable.” En revanche, les deux physiciens estiment que le fait de pouvoir élaborer certaines possibilités en se basant uniquement sur des données limitées prouve le potentiel de leur approche. «Notre travail est un premier, mais un développement important – il nous donne la certitude qu’avec des données plus précises, nous pouvons tirer des conclusions fiables sur le message que les ondes gravitationnelles nous envoient depuis l’univers primitif.

    «De plus, conclut Pedro Schwaller, nous pouvons déjà commencer à cerner certaines caractéristiques des scénarios et leur imposer des contraintes, dans notre cas la force de la transition de phase et la masse des axions».

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Johannes Gutenberg Universitaet Mayence. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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