Avant qu'il y ait de la lumière, il y avait une inflation cosmique.
Avant la vie, la planète Terre, les premières galaxies – et même avant l'explosion violente de trucs primordiaux denses à chaud, les scientifiques ont traditionnellement considéré comme le Big Bang – notre univers était dans un état exotique, se développant de façon exponentielle à un rythme insondable.
Il s'est étendu si rapidement qu'en environ un milliard de milliards de billions de milliards de milliards de secondes de seconde, un morceau d'espace de la taille d'un atome aurait explosé en une taille bien plus grande que notre système solaire. Cela a apporté notre tranche de l'univers – tout que nous pouvons voir dans le ciel nocturne – d'un point incompréhensiblement petit à une taille à peu près entre celle d'une tête humaine et d'un bloc de ville.
Mais alors que l'univers moderne est criblé de preuves que cet étrange proloc à l'univers que les physiciens appellent «l'inflation» s'est probablement produit, les scientifiques ne savent toujours pas exactement pourquoi cela s'est produit.
Un nouvel vaisseau spatial du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à La Cañada Flintridge, lançant dès mardi soir sur une fusée SpaceX de Vandenberg Space Force Base près de Lompoc, espère le découvrir.
La mission – le spectro-photomètre pour l'histoire de l'univers, époque de la réionisation et de l'explorateur ices; ou sphère – examinera l'un des indices de l'inflation laissée. À partir de ses données, les scientifiques espèrent mieux comprendre le coupable (ou les coupables) derrière l'expansion rapide.
Au cours de deux ans, Spherex créera quatre cartes tridimensionnelles de la propagation des galaxies dans tout le ciel, permettant aux scientifiques de rechercher les ondulations quantiques subatomiques créées par des particules d'inflation inconnues il y a 13,8 milliards d'années, maintenant gravées dans la structure à grande échelle de l'univers.
« Il est en train de zoomer pour cartographier le cosmos et voir les plus grandes structures et la plus grande image, contrairement aux grands télescopes comme (le télescope spatial James Webb) qui zoomeront et prendront des images exquises et très détaillées sur des petites zones spécifiques du ciel, le professeur principal de Caltech Physics, JPL, le chercheur principal et le chercheur principal de Spherex.
Alors que l'univers se développe depuis ses premiers moments, les physiciens ne réservent pas le terme « inflation » uniquement pour l'expansion rapide et exponentielle régie par la physique inconnue au début de l'univers tel que nous le connaissons.
L'inflation a encore ses détracteurs qui disent que le processus d'inflation aurait eu besoin de circonstances incroyablement improbables pour démarrer en premier lieu et que – la capacité de détecter directement les particules d'inflation exotiques – la preuve indirecte actuelle de leur existence reste insuffisante. Cependant, l'inflation est largement acceptée dans le domaine comme la meilleure explication d'une gamme de phénomènes étranges dans notre univers moderne.
Les différentes théories de l'inflation sont en désaccord sur certains chiffres et détails, mais l'histoire générale se déroule comme ceci: tout ce qui existait avant que l'inflation ait explosé instantanément une fois que la grande expansion a commencé.
Pendant l'inflation, aucune forme de matière, nous connaissons encore était présente. Au lieu de cela, l'univers a été rempli d'une énergie et de particules inflationnistes inconnues. Au fur et à mesure qu'ils fluctuaient, ils ont créé des ondulations dans le champ d'énergie – des pochettes d'énergie plus élevée et des poches d'énergie inférieure.
Ce qui n'est pas encore clair, cependant, c'est exactement ce qu'était ce champ d'énergie et de particules, ou s'il y avait plusieurs ensembles de champs d'énergie et de particules au travail. Mais tout ce que Spherex trouvera aura presque certainement été créé par des particules sauvages en dehors du domaine de la physique telle que nous la connaissons.
Lorsque l'inflation s'est éloignée, le champ d'énergie et ses fluctuations transmogrifiés en une soupe incroyablement chaude et dense de ce que nous connaissons aujourd'hui – devenant évidemment la lumière que nous voyons et les protons, les neutrons et les électrons qui composent notre monde.
Cet univers chaud, dense et naissant, sous une pression énorme, a explosé vers l'extérieur, comme décrit par la théorie traditionnelle de Big Bang chaude développée dans les années 1920. L'inflation a été la révision des physiciens pour les premiers moments de l'univers, conçu dans les années 1980 pour tenir compte de certains effets étranges dans l'univers.
Les ondulations quantiques de l'énergie d'inflation ne sont jamais parties. Alors qu'ils ont commencé à l'échelle subatomique, ils sont maintenant plus grands que les galaxies. Les taches d'énergie plus élevées se sont transformées en coins brillants et animés de l'univers avec de nombreuses galaxies. Les taches d'énergie inférieure sont maintenant des zones mortes relatives.
Le réseau des galaxies que nous voyons lorsque nous regardons vers le ciel est un instantané du drame qui s'est déroulé dans une petite section subatomique de l'espace il y a environ 13,8 milliards d'années.
L'équipe Spherex pense qu'il y a encore plus dans ce drame caché dans les bons détails de ce Web.
La sonde créera, pour la première fois, des cartes à ciel complet tridimensionnelles avec suffisamment de précision et de données pour révéler s'il s'agissait d'un seul champ d'énergie responsable de l'inflation, ou s'il était multiple.
« Si vous jetez un petit galet dans un étang, cela crée des ondulations », a déclaré Spencer Everett, un chercheur de Caltech travaillant sur la mission Spherex. « Ensuite, l'inflation les gonfle soudainement dans ces vagues massives dans un océan. »
Alors que les théories de l'inflation à un seul champ sont analogues à la lancement d'un tas de cailloux de même taille dans l'étang, a déclaré Everett, les théories multi-champs sont comme jeter de nombreux cailloux et rochers de différentes tailles dans l'eau. En regardant les ondulations qui en résultent, les scientifiques devraient être en mesure de déterminer si plusieurs tailles de galets – ou de particules d'inflation, dans le cas de Spherex – les ont créées.
Des preuves de Spherex que la propagation des galaxies dans l'univers ne ressemble pas à des ondulations d'un seul champ (ou d'un caillou d'une seule taille dans l'analogie d'Everett) ne servirait pas seulement une preuve forte que l'inflation s'est produite, mais cela mettrait également efficacement les théories à champ unique sur leurs lits de mort.
En se lançant dans l'espace, Spherex aura une vue imprenable sur pratiquement tout le ciel car elle orbitera la Terre. Spherex doit également regarder des longueurs d'onde infrarouges de lumière, avec des longueurs d'onde légèrement plus longues que la couleur rouge. Cependant, c'est aussi la longueur d'onde à laquelle la plupart des objets, y compris le sol de la Terre, rayonnent la chaleur.
« Si vous essayez de mesurer quoi que ce soit dans l'infrarouge au sol », a déclaré Everett, « vous allez juste voir le sol. À des températures proches de la température ambiante, tout émet dans l'infrarouge. »
Pour cette raison, le vaisseau spatial fonctionnera à un Fahrenheit de moins de 350 degrés, gardé au frais par des boucliers en aluminium en forme de cône concentrique qui ressemblent à un cône de chien pour un vaisseau spatial.
Spherex est une mission de classe moyenne dans le programme Explorers de la NASA, conçue pour offrir des opportunités de vol fréquentes pour les missions scientifiques spatiales à une échelle moins ambitieuse que les missions phares de la NASA comme le télescope spatial James Webb, une mission de 10 milliards de dollars qui a été lancée en 2021 pour explorer un large éventail de questions de recherche en sciences de l'espace pressantes.
La mission sondera également comment certaines des premières galaxies se sont formées et comment la poussière cosmique glacée transportant des molécules importantes pour la vie se retrouve sur des planètes.
Spherex montera aux côtés d'une mission d'explorateurs de petite classe – a appelé le polarimètre pour unifier la couronne et l'héliosphère, ou punch – qui étudiera le vent solaire.
