Pourquoi les ondes gravitationnelles murmurent à cent mégaélectronvolts express

Dans une immense salle, une centaine de diapasons sont disposés. Chacun d'eux est un pulsar, un vestige ultra-dense d'étoile qui tourne à une vitesse folle et émet des impulsions radio plus précises que n'importe quelle horloge. Lorsqu'une onde sonore grave traverse la salle, tous les diapasons se désaccordent légèrement en même temps. C'est exactement ainsi que fonctionnent les pulsars en tant que détecteurs : ils remarquent que l'espace-temps se comprime et s'étire légèrement au passage d'une onde gravitationnelle. Récemment, de telles ondes avec une fréquence de l'ordre du nanohertz (une période sur des années) ont été captées – et les scientifiques se demandent maintenant ce qui les a provoquées.

Une hypothèse : dans l'Univers jeune, lorsqu'il avait environ dix microsecondes, une transition de phase a eu lieu – comme l'eau qui se transforme en glace, mais à l'échelle du cosmos entier. À une température d'environ cent mégaélectronvolts (dix mille fois plus chaude que le cœur du Soleil), des bulles de la nouvelle phase ont bouillonné, se sont heurtées et ont secoué le tissu de l'espace. Les auteurs de l'article montrent qu'une telle transition n'est pas le fruit du hasard : elle apparaît dans un modèle où la matière noire et les neutrons ordinaires échangent des particules, comme deux pendules reliés par un ressort. Ces oscillations engendrent précisément l'excès de matière dont nous sommes faits.

Le modèle ne se contente pas d'expliquer les ondes. Il prédit que les particules de matière noire doivent se repousser légèrement les unes les autres – presque à la limite de ce que les observations autorisent. De plus, de nouvelles particules neutres plus légères que cent mégaélectronvolts apparaissent, qui pourraient laisser une trace dans les accélérateurs sous forme d'énergie manquante ou modifier le schéma de désintégration des neutrons. Ainsi, les ondes gravitationnelles relient la naissance de la matière, les propriétés des étoiles à neutrons et la recherche d'une nouvelle physique en laboratoire.

Cette salle avec ses pulsars-diapasons ne se contente plus d'enregistrer un grondement lointain. Elle pourrait raconter pourquoi il y a de la matière dans l'Univers et comment se comporte la matière la plus insaisissable.