Spaghetti de l'univers
Les cordes cosmiques sont des erreurs topologiques. Quand l'univers était très jeune, des transitions de phase cosmologique ont eu lieu qui pourraient conduire à des erreurs et qui sont les cordes cosmiques.
Essayons de le comprendre par une analogie : supposons qu'une des phases de transition de l'univers soit équivalente à la conversion de l'eau liquide en glace. Par conséquent, à des températures élevées, nous aurions de l'eau liquide et en abaissant la température, l'eau deviendrait glace. Mais il est possible (selon la théorie que nous utilisons) que dans la glace apparaissent des ruisseaux d'eau liquide. Si cela se produisait, nous qui vivons dans une phase froide (glace), nous pourrons observer la phase chaude observant ces ruisseaux. Ces ruisseaux sont analogues aux défauts, les fragments à haute température (ruisseaux) qui sont restés dans la phase de basse température (glace).
Énergies très élevées
Les erreurs qui prédisent les modèles cosmologiques à haute énergie ont, dans la plupart des cas, forme de corde, c'est-à-dire, sont des objets unidimensionnels. En outre, ils ont des propriétés incroyables: bien qu'ils aient une largeur beaucoup plus faible que celle d'un atome (peut-être la largeur d'un proton), la longueur est mesurée en années-lumière (ils s'étendent tout au long de l'univers). La masse est aussi énorme: une corde d'un kilomètre aurait la même masse que la Terre! Il peut être utile d'avoir une image mentale normale : les cordes cosmiques sont semblables à celles de spaghetti très long, très fin et de grande masse.
En cosmologie, il est très difficile de détecter les erreurs et, d'une certaine façon, ils ne sont connus que dans le domaine théorique. Mais dans d'autres domaines de la physique des erreurs se produisent. Dans la physique de la matière condensée, par exemple, des défauts apparaissent dans des cristaux liquides, des matériaux ferromagnétiques, des supraconducteurs, etc. Ces erreurs peuvent être analysées en laboratoire, ce qui permet une relation intéressante entre matière condensée et cosmologie. En tout cas, même s'ils n'ont pas été vus en cosmologie, il est assez logique de penser que les erreurs peuvent être dans l'univers, car elles existent dans d'autres domaines de la physique.
Les cordes cosmiques sont possibles dans de nombreuses théories de haute énergie, y compris la théorie des supercordes (donc, bien qu'avec des concepts totalement différents, les supercordes et les cordes cosmiques ont quelques liens). Et, s'ils paraissaient, ils apparaîtraient dans une énergie très élevée, bien supérieure à celle que l'on peut obtenir dans les accélérateurs de particules. Trouver des cordes serait une percée pour la physique de base. Pour beaucoup, les cordes cosmiques sont l'une des rares possibilités de tester directement la théorie des supercordes.
Mais, comme nous l'avons dit, il est très difficile d'observer directement les cordes cosmiques. Imaginons que les cordes cosmiques ont été formées dans l'univers nouveau-né. À cette époque, l'univers semblait spagher un plat. Mais comme l'univers refroidit et grandit, la densité de corde a diminué. Maintenant seulement quelques spaghettis sont dans notre assiette (notre univers observable). Être proche de nous est un fait très peu probable. Par conséquent, au lieu de mesurer directement les cordes, nous devons mesurer leurs effets indirects, par exemple par l'effet des cordes sur le rayonnement micro-ondes de fond (CMB) ou par l'effet de la lentille gravitationnelle.
Indices indirects
La lentille gravitationnelle est un phénomène connu dans l'astrophysique : s'il y a un objet de grande masse entre une galaxie éloignée de nous et nous (par exemple un ensemble de galaxies), la lumière de la galaxie lointaine se détériore à la suite de cet objet intermédiaire et l'image se déforme. L'analyse de la distorsion permet de déduire les propriétés de l'objet central par la masse. De même, s'il existait une corde cosmique entre la galaxie lointaine et nous, l'image serait déformée, mais la distorsion produite par les cordes et celle provoquée par toute autre masse sont différentes. Dans le cas de l'effet normal de la lentille gravitationnelle (produite par des objets astrophysiques à haute masse comme des ensembles de galaxies), de nombreuses images d'un seul objet distant apparaîtront, généralement sous forme d'anneau ou d'arc. Dans le cas de l'effet de la lentille gravitationnelle qui produira les cordes, plusieurs images de l'objet distant seront également produites, mais, contrairement à l'autre cas, toutes les images auront le même aspect, comme si elles étaient répétées.
C'est ce qu'ils ont vu en observant l'objet appelé CSL-1 (Capodimonte-Stenberg-Lens, 1ère candidate) : deux galaxies très similaires entre elles. Pour expliquer un objet de ce type, il n'existe que deux possibilités : l'effet de la lentille gravitationnelle produite par une corde cosmique (donc deux images égales d'une seule galaxie), ou que deux galaxies aux propriétés très similaires (aussi bien en photométrie que en spectroscopie) soient réunies (de notre point de vue). Les deux options sont très peu probables et pour connaître la réponse réelle, des observations plus précises ont été faites. Lorsque le télescope Hubble a observé le CSL-1, il a observé que les deux images n'étaient pas exactement les mêmes. Il ne s'agissait pas d'une corde, mais de deux galaxies similaires. L'équipe qui a trouvé le CSL-1 cherche toujours plus d'objets de ce type, espérant trouver une corde.
L'autre possibilité que nous avons mentionné est la CMB, le rayonnement micro-ondes de fond. Le CMB est très homogène, mais il a quelques anisotropes, quelques granules. Ces grains, bien que petits, ont été mesurés dans des expériences cosmologiques. On connaît le paradigme qui explique très bien les anisotropes: l'inflation. Selon l'inflation, l'univers a augmenté de façon exponentielle à court terme. Mais il peut aussi être la formation de cordes cosmiques à la fin de l'inflation. En déplaçant les cordes dans l'univers, ils provoqueront des perturbations et attireront la matière. Ces perturbations formeront aussi des anisotropes, en plus des anisotropes générées par l'inflation. S'il y avait des cordes cosmiques, nous pourrions mesurer ces perturbations "supplémentaires" générées dans le CMB et détecter indirectement les cordes.
Les anisotropes de cmb qui génèreraient les cordes cosmiques peuvent être simulées par des superordinateurs et comparées aux anisotropes de température de CMB mesurées par des expériences cosmologiques. Prenons les meilleures données cosmologiques disponibles, comme celles fournies par WMAP. En utilisant des modèles d'inflation, essayons de régler les données le mieux possible. Maintenant, compte tenu également des perturbations supplémentaires générées par les cordes, nous ajusterons également les données. Par cette analyse, les expériences numériques nous disent que si nous prenons en compte les cordes cosmiques nous pouvons mieux expliquer les données. Nous ne pouvons pas dire avec certitude que nous avons trouvé des cordes. De plus, avec d'autres données cosmologiques (en plus du CMB), l'existence de cordes n'est pas si évidente. Nous avons besoin de données nouvelles et plus précises. Peut-être que nous aiderons le satellite Planck qui a décollé en mai. Planck mesurera le CMB avec une grande précision, à la fois l'anisotropie de température et l'anisotropie de polarisation. D'autres expériences réaliseront également de nouvelles mesures.
Mais en tout cas, avec les données actuelles, nous pouvons affirmer que les données ne disent pas qu'il n'y a pas de cordes. Et la simple détection de cordes est très importante. Si les nouvelles données indiquent clairement que les cordes ne sont pas formées, nous devrons écarter certains modèles cosmologiques et peut-être créer de nouveaux modèles. D'autre part, si nous pouvons observer les cordes, nous verrons les reliques de l'univers nouveau-né, une occasion unique de voir comment était l'univers nouveau-né.
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