Le miroir de l'Univers : une lumière qui tourne ✛
Le télescope ACT, dans le désert chilien d'Atacama, a scruté le ciel de 2007 à 2022. Son objectif : le fond diffus cosmologique, cette lumière qui voyage vers nous depuis 13,8 milliards d'années. Cette lumière est polarisée : les ondes oscillent dans des plans bien définis, comme des cordes tendues dans des directions différentes. Dans un univers parfaitement symétrique, ces plans resteraient inchangés. Mais les données d'ACT disent le contraire.
L'Univers ressemble à un miroir sans fin, où chaque rayon, en se réfléchissant sur des miroirs invisibles, tourne légèrement. Ces miroirs, ce sont la matière noire et l'énergie noire, qui constituent 95% du cosmos. Si elles brisent la symétrie miroir (la parité), la polarisation de la lumière doit lentement tourner pendant son voyage à travers l'espace. Les astrophysiciens ont mesuré cette rotation : β = 0.215° ± 0.074°. Un angle minuscule, semble-t-il, moins de la moitié du diamètre apparent de la Lune. Mais en cosmologie, de telles valeurs décident du sort des théories.
Auparavant, les satellites WMAP et Planck avaient vu un signal similaire. Mais la question restait : n'était-ce pas un artefact des instruments eux-mêmes ? Tout télescope peut légèrement tordre la polarisation à cause d'imperfections optiques. Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont emprunté une autre voie. Ils ont utilisé une analyse bayésienne (une méthode statistique qui intègre des informations a priori) et les données du modèle optique d'ACT pour séparer la rotation cosmologique de la rotation instrumentale. Résultat : β n'est pas nul avec un niveau de signification de 2,9σ. Ce n'est pas une découverte définitive, le seuil en physique étant généralement de 5σ, mais c'est une étape importante.
L'analyse conjointe avec les données de WMAP et Planck porte la signification à 4,6σ. On est alors proche de pouvoir parler d'un signal réel. Si la biréfringence cosmique se confirme, les physiciens devront revoir le modèle standard. Peut-être que la matière noire ou l'énergie noire interagit avec la lumière d'une manière qui viole les symétries fondamentales. Le miroir de l'Univers ne serait alors pas qu'une métaphore, mais une description exacte de la réalité.
L'angle de rotation β ≈ 0.2° équivaut à une rotation de l'aiguille d'une boussole de 12 minutes d'arc, soit moins que la taille apparente de la Lune (environ 30 minutes d'arc).
Dans le roman de Greg Egan, « L'Échelle de Schild », on explore un vide aux propriétés inhabituelles où la violation des symétries joue un rôle clé. La biréfringence cosmique est un candidat réel pour un tel phénomène.