Et si un « Dark Big Bang » avait produit la matière noire ?

Dark matter, dark ages, dark energy, black hole… et maintenant, Dark Big Bang ? Ce terme est proposé par une équipe de physiciens, qui diffusent leur hypothèse sur arxiv fin février 2023. Cette plateforme de mise en ligne n’étant pas une revue scientifique, l’étude reste très théorique, mais elle n’en demeure pas moins surprenante et intrigante.

Leurs travaux reposent sur la matière noire (ou « sombre »). Déduite par les mathématiques, celle-ci n’a jamais été directement observée, mais elle est postulée dans le Modèle standard de l’Univers. Elle est indispensable pour expliquer certaines observations. Son influence gravitationnelle serait à l’origine de la forme des galaxies, par exemple, en servant de « glu » aux étoiles. Au total, il pourrait y avoir cinq fois plus de matière sombre que de matière ordinaire ; et elle pourrait constituer 85 % de la matière totale du cosmos.

La théorie du « Dark Big Bang »

Dans l’hypothèse présentée par Katherine Freese et Martin Wolfgang Winkler, il y aurait eu finalement deux Big Bang :

• Un Hot Big Bang, « chaud », le modèle classique de l’événement ayant produit la matière visible et ordinaire ;
• Un Dark Big Bang, « sombre », qui serait survenu longtemps après et aurait produit la matière noire.

« Le Big Bang sombre est cohérent avec les contraintes liées à la formation des structures et avec le Fonds diffus cosmologique s’il a eu lieu quand l’Univers avait moins d’un mois », écrivent le chercheur et la chercheuse. En clair, ils rappellent que l’effet de la matière noire n’est apparemment pas présent avant une certaine période de l’Univers (elle n’a jamais été mesurée il y a plus de 12 milliards d’années), alors que la matière ordinaire, elle, était déjà là avant. Le Dark Big Bang aurait pu survenir à ce moment, avant la période très précise d’un mois après la naissance de l’Univers.

Katherine Freese et Martin Wolfgang Winkler montrent par ailleurs que, si cette théorie était valide, alors des signatures de ce Dark Big Bang persisteraient forcément dans le présent. Celles-ci seraient notamment, selon eux, des ondes gravitationnelles à identifier autour de pulsars (des étoiles à neutrons tournant extrêmement vite sur elles-mêmes).

Cette hypothèse a le mérite de séparer l’évolution de la matière noire de la matière ordinaire, tout en indiquant une période précise de l’histoire cosmique où un tel événement clé aurait pu survenir. Face à la difficulté qu’ont les physiciens à trouver cette fameuse matière sombre — qui porte ce nom car elle est invisible — une piste délimitée offre une voie de recherche utile.

De manière assez amusante, et très à l’image du spectre des théories possibles sur la matière noire, on peut trouver une hypothèse exactement inverse à celle-ci : en 2019, des physiciens suggéraient que la matière noire pourrait être tout bonnement antérieure au Big Bang.