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Peut-on déceler en radio les immenses cordes cosmiques ?

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Mesurant jusqu'à plusieurs milliards d'années-lumière, les cordes cosmiques (à ne pas confondre avec les supercordes cosmiques) sont des objets pour l'instant théoriques. Leur existence est déduite du mécanisme de brisure de symétrie associé au boson de Higgs dans le cadre des théories de Grande Unification. Selon un chercheur américain, elles pourraient signaler leur présence dans l'Univers par de brusques bouffées d'ondes radio. Certaines ont peut-être déjà été observées...

En adoptant la forme d'un cusp, une corde cosmique émet une bouffée d'ondes gravitationnelles (GW) mais pas seulement, des ondes radios seraient aussi émises. Crédit : Eunhwa Jeong et G. F. Smoot

La notion de brisure de symétrie est fondamentale pour la physique des particules comme la récente attribution du prix Nobel de physique vient de le démontrer. Initialement, elle a été découverte dans le domaine de la physique de la matière condensée, en particulier dans le cas du phénomène de supraconductivité. L'un des premiers à en transférer le mécanisme à la physique des hautes énergie a été Thomas Kibble. Indépendamment de Peter Higgs, ce physicien avait lui aussi proposé le mécanisme faisant intervenir ce qui est aujourd'hui appelé le boson de Higgs, mais auquel on associe parfois aussi les noms de Guralnik, Hagen, Englert et Brout.

Remarquablement, dans le domaine de la cosmologie, Thomas Kibble a montré en 1976 que le mécanisme de Higgs ne servait pas qu'à donner des masses aux particules du modèle standard. Ce dernier peut et doit être généralisé lorsque l'on cherche à construire une Théorie de Grande Unification (GUT) pour faire fusionner l'interaction nucléaire forte entre les quarks avec l'interaction électrofaible. Lorsque l'Univers était âgé de moins de 10-35 seconde, il devait alors exister une GUT avec une symétrie parfaite, décrite par un seul groupe de Lie, et aucune particule, quark, boson ou lepton, ne possédait encore de masse. Si l'on croit aux GUT standards bien sûr.

Thomas Kibble. Crédit : Imperial College

Cela ne devait pas durer et, comme Kibble l'a montré, le refroidissement ultra-rapide de l'Univers causé par son expansion devait s'accompagner de sortes de condensations d'énergie sous forme de longs filaments plus fins qu'un proton et pouvant s'étendre, des centaines de millions d'années plus tard, sur des distances proprement cosmologiques, se comptant en milliards d'années-lumière.

Des cordes qui claquent parfois

Ces cordes cosmiques, comme on appelle ces filaments, pouvaient servir de germes de surdensités pour amorcer la formation des amas de galaxies. L'hypothèse reçu cependant un sérieux revers au début des années 1990 lorsque le satellite Cobe montra que les fluctuations thermiques présentes dans le rayonnement fossile ne pouvaient pas permettre d'expliquer la genèse des galaxies et des amas de galaxies uniquement à l'aide des cordes cosmiques.

Celles-ci sont peut-être présentes dans l'Univers mais certainement pas en grand nombre, ce qui en rend l'observation très difficile. Or il s'agit peut-être avec des mini trous noirs primordiaux et des défauts topologiques des seules possibilités de remonter par les observations aux conditions régnant dans l'Univers très primordial et surtout de vérifier des théories de GUT.

Les cordes cosmiques sont dynamiques et, tout comme leur cousines les supercordes cosmiques dont nous ne dirons rien ici, elles peuvent claquer en émettant des ondes gravitationnelles. Mais il s'agit d'une signature là aussi difficilement observable. En revanche, elles sont, elles, supraconductrices. Elles pourraient donc générer d'intenses bouffées d'ondes électromagnétiques.

Un réseau de cordes cosmiques alors que les distances les séparant sont encore faibles moins de 10-34 s après le début de l'Univers observable. Crédit : Mark Hindmarsh

Tanmay Vachaspati de la Case Western Reserve University à Cleveland, Ohio, vient de publier un article dans lequel il suggère que les émissions électromagnétiques des cordes cosmiques ne sont pas seulement décelables par des bouffées de rayons gamma mais aussi grâce à des ondes radio, susceptibles d'être émises. Il a ainsi calculé le spectre et la durée d'une telle bouffée lorsqu'une corde se déforme pour former un point de rebroussement appelé généralement un « cusp » à cause de sa dénomination anglaise.

Remarquablement, Duncan Lorimer et ses collègues ont observé l'année dernière une brusque bouffée dans le domaine radio qui devait être générée à une distance cosmologique et à laquelle aucune galaxie ne pouvait être associée. Elle a duré environ une milliseconde et le pulse d'ondes radio était centré sur la fréquence de 1,4 GHz. Ce genre d'observation et son occurrence dans le temps sont justement conformes aux calculs de Vachaspati et le chercheur s'interroge donc.

Il est bien trop tôt pour en tirer des conclusions hâtives mais il s'agit indiscutablement d'une possibilité fort intéressante, surtout si d'autres signatures du même genre sont observées et recoupent d'autres phénomènes prédits par les cordes cosmiques supraconductrices, comme des effets de lentilles gravitationnelles et d'émissions de particules.