Le modèle mathématique révèle comment l’effondrement de la matière et l’expansion des vides façonnent l’évolution de l’univers

Un chercheur de l’Université du Queensland a développé un nouveau modèle mathématique pour expliquer l’évolution de l’univers qui, pour la première fois, comprend l’effondrement des régions de matière et des vides en expansion.

Le Dr Leonardo Giani et une équipe de l’école de mathématiques et de physique de l’UQ ont utilisé des données de l’instrument spectroscopique d’énergie noire (DESI), qui a des mesures de l’univers à 11 milliards d’années-lumière. La recherche a été publiée dans Lettres d’examen physique.

“Ce nouveau modèle peut changer la façon dont les physiciens et les cosmologues regardent l’univers”, a déclaré le Dr Giani.

“Le modèle standard cartographiant l’univers du Big Bang jusqu’à aujourd’hui a des particules de matière de la même taille qui n’interagissent pas les uns avec les autres.

“Mais en réalité, nous pouvons voir qu’il y a des étoiles, des trous noirs, des grappes de galaxies et des régions vides en interaction constamment via des forces telles que la gravité qui n’est pas prise en compte par le modèle standard.

“Depuis 30 ans, les scientifiques ont essayé d’expliquer ce qui se passe à mesure que cet univers complexe se développe et il y a eu de nombreuses tentatives exotiques de solutions.

«Nous savons que les vides et les régions qui s’effondrent existent, mais nous ne savions pas vraiment comment calculer leur impact sur les mesures.

“Mon modèle donne une recette pour le calculer, sans avoir besoin de nouvelle physique.

“Ce cadre utilise des termes mathématiques simples pour décrire comment l’émergence de structures complexes dans l’univers affecte nos mesures cosmologiques.”

L’équipe du Dr Giani a décidé d’identifier la taille minimale qu’un vide doit avoir pour avoir un impact sur les mesures (appelé R_V) ainsi que la taille minimale qu’un cluster doit avoir (appelé R_C).

Des ensembles de données indépendants, y compris les données DESI, ont été tracés sur un axe X et un axe Y montrant les tailles minimales des régions d’effondrement et d’expansion qui peuvent avoir un impact sur les mesures cosmologiques.

“Le modèle standard de l’univers devrait voir tous ces contours de l’ensemble de données se chevaucher dans le coin supérieur droit, où les tailles des régions en expansion et en contractant seraient trop importantes pour qu’elles existent”, a déclaré le Dr Giani.

“Ils se chevauchent plutôt dans une région différente, ce qui indique que de grands vides d’espace pourraient être responsables du comportement anormal observé dans les données.”

Le Dr Giani a déclaré que le nouveau modèle aborde également les deux plus gros problèmes de la cosmologie moderne: la tension de la réduction et les preuves d’une énergie sombre dynamique.

La tension de Hubble est une différence entre deux méthodes de calcul du taux d’expansion de l’univers, tandis que l’énergie sombre dynamique est une théorie qui dit que l’énergie n’est pas constante mais change ou s’affaiblit dans le temps.

“Notre modèle a la richesse pour résoudre ces deux”, a déclaré le Dr Giani.

“Si vous supposez que l’énergie sombre s’affaiblit et que vous essayez ensuite de déduire à quelle vitesse l’univers s’étend à partir de ces données, vous obtenez même une mesure plus faible du taux d’expansion de l’univers – les solutions à un problème en créent un autre.

“Dans notre modèle, tout affaiblissement de l’énergie n’est qu’une comptabilité détaillée de ce à quoi l’univers ressemble aujourd’hui, il se comporte comme s’il s’affaiblissait mais peut ne pas s’affaiblir.

“Dans notre intrigue, la boîte verte est une région où la tension Hubble est résolue.

“Essentiellement, lorsque nous avons demandé si la complexité de l’univers apparut dans les données Desi, le résultat était que c’était le cas, et notre cadre peut expliquer toutes les observations.”