Les problèmes du modèle Standard

En guise de conclusion (V)

Quels sont les avantages et les inconvénients de ces deux théories exotiques, les cordes cosmiques et celle des textures, toutes deux issues du monde quantique ?

Le modèle des textures prédit qu'en se contractant cet objet laisserait derrière lui des "trous" dans la distribution de la matière. Ces régions pourraient s'étendre si des textures plus étendues venaient à se contracter. A l'époque où la matière dominait l'énergie de l'Univers, ces trous ce sont étendus sous l'effet de leur propre gravité, conduisant à former les objets tel que nous les observons aujourd'hui, les étoiles, les amas de galaxies et les superamas.

La densité d'énergie des textures est définie selon les mécanismes de Higgs mais certains paramètres des équations sont encore libres. C'est un avantage dit Turok, car ils nous permettent d'ajuster la force du champ de Higgs pour épouser exactement la distribution actuelle des structures dans l'Univers. Une fois ajustée, la texture prédit que la symétrie se brise à une température fort proche de celle prévue dans les GUT.

Deuxième avantage, la texture se différencie des théories inflationnaires gaussiennes par le fait que les fluctuations de densité n'apparaissent plus de façon sporadique dans le vide quantique. En fait les simulations indiquent que les trous vides d'énergie sont plus faibles et les régions denses plus intenses et plus nombreux que dans le modèle inflationnaire.  

Troisième avantage, comme nous l'avons déjà dit, étant donné que la matière a plus de chance de se former dans le modèle avec textures, les galaxies se forment également beaucoup plus tôt que dans la théorie inflationnaire. Ce scénario prédit que la formation des galaxies ne se déclenche qu'au bout de quelques milliards d'années seulement après le Big Bang. Grâce aux textures, les galaxies primordiales se forment déjà après 10 millions d'années. Cette prédiction pourrait expliquer la découverte de galaxies et de quasars à quelque 14 milliards d'années-lumière. 

Enfin, la texture prédit que dans le passé les fluctuations de densité ont formé des amas de galaxies et des superamas bien plus denses que ne le prévoit la théorie inflationnaire. Les observations de l'Univers à grande échelle de George Efstathiou confirment bien cette théorie alors que l'inflation est en conflit avec cette idée.

Les cordes cosmiques ont parmi leurs avantages le fait d'être invariantes, sur le plan statistique du moins, par changement d'échelle. Document University of Cambridge.

Les deux théories, inflation et texture donnent toutefois les mêmes prédictions en ce qui concerne les objets dont la taille est inférieure à la distance qui sépare deux galaxies. A cette échelle la gravité surpasse l'effet d'amas et les deux théories ne peuvent se départager. Pour les différencier, les astronomes doivent sonder l'Univers à la recherche de structures primordiales où la gravitation n'a quasiment pas perturbé la formation des grandes structures. La répartition des amas dans le ciel - la fonction de corrélation angulaire - est le meilleur outil statistique que les astronomes puisse utiliser pour tester les deux modèles.

A l'heure actuelle le modèle de Turok associé aux analyses des astronomes Renyue Cen et Jeremiah P.Ostriker de l'Université de Princeton s'accorde mieux avec les observations que la théorie inflationnaire gaussienne. Seule une analyse détaillée de la distribution des amas pourra départager les deux modèles ainsi qu'une analyse détaillée du rayonnement fossile mesuré par les satellites WMAP et Planck.

Remarquons cependant que le modèle avec textures est avantagé car il prédit que la densité de l'Univers vaut environ 10% de la densité critique et que contrairement à ce que les astronomes imaginent, la matière sombre serait régulièrement répartie dans l'Univers. Pour conclure, Turok et ses collègues confirment l'idée des astronomes du mont Wilson et du Kitt Peak. En se déroulant, la texture devrait provoquer une modification de la température du rayonnement du corps noir. En traversant par exemple le "trou" laissé par une texture, un photon devrait gagné de l'énergie. Il devrait en perdre s'il devait "gravir" une texture en contraction. Cette différence d'énergie serait de l'ordre de 0.0001 K.

Pour les adversaires de cette théorie, et ils sont majoritaires, il faut dire à sa charge et c'est d'importance pour ce qui va suivre, que ce modèle n'est pas fondé sur une théorie cosmologique standard où la gravité joue un rôle clé, mais plutôt sur des défauts topologiques, des textures, qui restent dans l'état actuel de nos connaissances des concepts exotiques et purement spéculatifs. Il ne faut donc pas s'étonner si ces théories sont rejetées par un certain nombre de chercheurs car ils leur manquent l'éternelle et sine qua non confirmation in situ pour les valider. C'est la raison pour laquelle la version chaotique de la théorie de l'inflation à la faveur des physiciens.

Tellement puissant cet instrument aura également pour mission de détecter les MACHOs et les astéroïdes NEO dans le cadre du programme Spacewatch de la NASA.

D'autres lois

Rappelons que certains chercheurs, tel l'Israélien Mordehai Milgrom de l'Institut des Sciences Weizmann de Rehovot considère que l'existence de la matière sombre ne sera jamais qu'une hypothèse car cette idée découle en réalité de l'inadéquation des lois de la gravitation et de la dynamique.

Il est vrai que l'on ne connaît pas la précision de la loi de Newton au-delà du Nuage de Oort, à 0.1 pc. Aussi on peut se demander si on ne pourrait pas modifier le paramètre de l'accélération gravitationnelle a = GM/R² ? 

En fait les implications sur les rapports de "masse-de-lumière" (U_¤) ne seraient pas conformes à la réalité. La luminosité des galaxies, une fonction L^1/4 deviendrait une fonction L^1/2 par exemple[15]. A moins de modifier l'équation sous la forme :

a =  Ö^¯( G M a_o /R )  , avec a_o = 10^-10 m/s²

Mais si on modifie le paramètre de l'accélération gravitationnelle, R.Sanders[16] a démontré que ses implications restaient de toute façon inadéquates en Relativité générale dans les limites des champs faibles.

En conclusion, il faut bien admettre que nous ne savons pas encore de quoi l'Univers est constitué ! Mais soyons optimiste. Les découvertes du satellite COBE[17] et du futur satellite Planck (2007) nous réconfortent tout de même avec une réalité moins exotique.

Pour plus d'information

La matière et l'énergie sombres dans l'univers (sur ce site)

Matière noire et autres cachotteries de l'Univers, Alain Bouquet et al, Dunod, 2003

Grandes structures de l'univers, IAP/SAF

Edelweiss, Expérience de détection directe de WIMPs, CNRS

Questions de cosmologie, Edward L. (Ned) Wright, UCLA

Sources and Detection of Dark Matter and Dark Energy in the Universe, 6th UCLA Symposium, 2004

Dark Matter 2002, 5th UCLA Symposium

Grand Challenge Cosmology Consortium, GC³

Warm Dark Matter, P.Bode, P.Ostriker et N.Turok, U.Princeton

Dark Matter, Center for Particle Astrophysics

CDM Cosmogogy with hydrodynamics, Renyue Cen/Jeremiah P. Ostriker, ApJ, 417, p415, 1993

Dark Matter and Large Scale Structure, Joel Primack, SLAC

Cosmos in fast forward, simulations, U.Illinois

The Dark Matter Universe, U.Oregon

UK Dark Matter Collaboration

Cosmological Dark Matter: An Overview, Alex Markowitz, UCLA

Project CLEA : The large scale structure of the universe, U.Gettysburg

WIMPS versus MACHOS, D.Bennett, U.Notre Dame

DEEP project, Obs.Lick

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