Les champs magnétiques qui se sont formés aux premiers stades de l'univers peuvent avoir été des milliards de fois plus faibles qu'un petit aimant de réfrigérateur, avec des forces comparables au magnétisme généré par les neurones du cerveau humain. Pourtant, malgré une telle faiblesse, des traces quantifiables de leur existence restent dans la toile cosmique, les structures cosmiques visibles connectées dans tout l'univers.
Ces conclusions émergent d'une étude utilisant environ un quart de million de simulations informatiques, menée par une équipe de Sissa (l'International School for Advanced Studies basée à Trieste) en collaboration avec les universités du Hertfordshire, Cambridge, Nottingham, Stanford et Potsdam. Les données d'observation ont ensuite été utilisées pour valider ces résultats.
La recherche, récemment publiée dans Lettres d'examen physiqueSpécifie les valeurs possibles et maximales pour les forces des champs magnétiques primordiaux. Il offre également la possibilité de raffiner notre connaissance de l'univers précoce et de la formation des premières étoiles et galaxies.
Un web cosmique magnétique
« La toile cosmique, dont beaucoup de choses à découvrir, est une structure filamentaire reliant les galaxies qui imprègne l'univers. L'un de ses nombreux mystères non résolus est la raison pour laquelle il est magnétisé, non seulement près des galaxies, où cela pourrait être attendu, mais aussi dans des régions éloignées qui sont peu peuplées et constituent la masse de la toile cosmique. Il est plus difficile d'expliquer. » Ces commentaires proviennent de Mak Pavičević, un Ph.D. Sissa. Étudiant et auteur principal de la recherche, et Matteo Viel, son superviseur et co-auteur de l'étude.
« Notre hypothèse était que cela pourrait être un héritage d'événements survenant dans les époques cosmiques pendant la naissance de l'univers, et que le magnétisme était lié essentiellement aux processus physiques de l'univers primordial. Par exemple, les filaments seraient devenus magnétisés pendant le processus d'inflation avant le soi-disant` `Big Bang 'ou par des événements plus tard, appelés transitions de phase.
« C'est ce que nous avons cherché à vérifier avec notre travail. Nous avons également souhaité évaluer l'ampleur de ces champs magnétiques primordiaux grâce à nos enquêtes, en établissant une limite supérieure et en essayant de mesurer leurs forces. »
À l'origine de l'univers avec un quart de million de simulations
L'équipe internationale a utilisé plus de 250 000 simulations informatiques pour étudier le Web cosmique et mieux comprendre l'influence des champs magnétiques primordiaux. Vid Iršič de l'Université du Hertfordshire, et co-auteur de l'étude, souligne que « ce sont les simulations ultramodernes les plus réalistes et les plus importantes de l'influence du champ magnétique primordial sur le réseau cosmique intergalactique. »
Pavičević et Viel expliquent: « En comparant ces simulations avec des données d'observation, nous avons vu que nos hypothèses étaient correctes. Lorsque l'influence des champs primordiaux est incluse dans l'image, le modèle cosmique semble différent et plus d'accord avec les données observées.
L'ampleur des champs magnétiques primordiaux: une nouvelle limite supérieure
Les scientifiques ont dérivé une valeur particulièrement faible pour l'ampleur des champs magnétiques primordiaux, établissant une nouvelle limite supérieure plusieurs fois plus faible que prévu précédemment.
Pavičević et Viel continuent: «Nos recherches mettent donc des limites strictes à l'intensité des champs magnétiques formés dans les tout premiers moments de l'univers et sont cohérents avec les résultats récents obtenus dans des données indépendantes et des études sur le fond micro-ondes cosmique.
« Ces preuves nous aideront à améliorer notre compréhension des événements dans l'univers précoce. Le champ magnétique aurait augmenté la densité du Web cosmique, accélérant à son tour le processus de formation d'étoiles et de galaxies. Il sera possible de valider davantage nos résultats grâce aux observations faites par le télescope spatial James Webb.
« Non seulement ces nouvelles limites nous aideront à comprendre l'impact des champs magnétiques primordiaux sur l'évolution du cosmos, mais ils ont également des implications importantes pour d'autres modèles théoriques qui améliorent la formation de la structure. »
