Le secteur sombre sur une balançoire : un ressort scalaire résout les énigmes cosmologiques ✛
Deux télescopes regardent le même Univers et voient des vitesses différentes. Les mesures locales sur les supernovae donnent 73.04 ± 1.04 km/s/Mpc, tandis que les données du fond diffus cosmologique, dans le modèle standard, prédisent 67.36 ± 0.54. L'écart de 5.7σ ne ressemble pas à une coïncidence : c'est la tension de Hubble, une fissure dans les fondations de la cosmologie.
Le secteur sombre sur une balançoire : voilà la métaphore du nouveau modèle. Un ressort scalaire se comprime puis se relâche, changeant les règles du jeu pour tout l'Univers. Peu après le Big Bang, le secteur sombre subit une transition de phase, un changement brusque de l'état de la matière. Un rayonnement sombre auto-interagissant naît, et le multiplet fermionique de la matière noire subit une séparation de masse. Lorsque l'Univers refroidit, l'interaction entre la matière noire et le rayonnement se déconnecte. Ce mécanisme est appelé Dark Radiation Matter Decoupling (DRMD).
Auparavant, on ne savait pas comment concilier les mesures locales avec les données du fond diffus cosmologique sans violer les contraintes sur le rayonnement sombre issues de la nucléosynthèse. Désormais, c'est clair : la déconnexion dynamique de l'interaction, provoquée par la transition de phase, permet d'éliminer complètement la tension de Hubble dans le cadre d'un modèle microscopique. Les auteurs ont construit un modèle avec une symétrie de jauge, une brisure spontanée et un multiplet fermionique, puis l'ont testé sur les données de Planck, DESI et Pantheon+. Résultat : un accord avec la valeur locale de H0 au niveau de 1.4σ, et une amélioration du χ² de −33.3 par rapport au modèle standard.
Le modèle donne des prédictions concrètes pour les futurs relevés du ciel, comme DESI et Euclid, et pour les expériences d'ondes gravitationnelles. La transition de phase devrait générer des ondes gravitationnelles qui pourraient être détectées par les réseaux de chronométrage de pulsars. Cela permettra de distinguer DRMD des autres solutions à la tension de Hubble. La balançoire s'est arrêtée, et l'Univers montre le même visage à tout observateur.
La séparation de masse entre les composants de la matière noire dans le modèle DRMD ne représente qu'environ 0.1% de la masse, mais c'est précisément cette infime différence qui détermine quand la matière noire cesse d'interagir avec le rayonnement, ce qui est crucial pour résoudre la tension de Hubble.
L'idée d'un secteur sombre avec ses propres particules et interactions évoque le concept de « vie sombre » de la science-fiction, par exemple dans le roman « La Forêt sombre » de Liu Cixin, où la matière noire joue un rôle clé en cosmologie.