Une variation locale de la densité de la matière ou de l'énergie, qui ensemence la formation de la structure cosmique.Les fluctuations de densité sont les infimes variations, presque imperceptibles, de la densité de la matière et de l'énergie dans l'univers primordial. Ces variations ont servi de germes initiaux à partir desquels toute la structure cosmique — galaxies, amas de galaxies et la toile à grande échelle du cosmos — a fini par se développer. Sans elles, l'univers serait un espace parfaitement lisse et sans relief de particules, sans étoiles, ni planètes, ni observateurs pour les contempler. L'étude de ces fluctuations est au cœur de la cosmologie, car leurs propriétés statistiques encodent la physique de l'univers très primordial, y compris le processus d'inflation.
Le concept des fluctuations de densité comme germes de la structure a été développé à la fin du XXe siècle, avec des contributions clés de physiciens comme Edward Harrison et Yakov Zeldovich dans les années 1960-70, qui ont prédit le spectre invariant d'échelle. La confirmation détaillée est venue avec le satellite COBE en 1992, qui a détecté les fluctuations dans le CMB.
Dans l'univers primordial, des effets de mécanique quantique pendant une période d'expansion rapide (inflation) ont créé des ondulations minuscules dans le tissu de l'espace-temps. Ces ondulations se sont manifestées comme des fluctuations de densité — des régions légèrement plus denses ou plus rares que la moyenne. Au fil de milliards d'années, la gravité a amplifié ces différences : les régions plus denses ont attiré plus de matière, donnant naissance aux vastes structures que nous voyons aujourd'hui. Les fluctuations ont également laissé une empreinte sur le fond diffus cosmologique (CMB) sous forme de variations de température infimes, que nous pouvons mesurer avec une grande précision. La distribution de ces fluctuations — combien sont grandes par rapport aux petites — suit un spectre presque invariant d'échelle, une prédiction clé de la théorie de l'inflation.
Les fluctuations de densité sont utilisées pour tester les modèles cosmologiques, en particulier l'inflation, en comparant les mesures précises du CMB (provenant de missions comme Planck) et les relevés de galaxies avec les prédictions théoriques.
Les fluctuations de densité qui ont ensemencé toute la structure cosmique ont pour origine des tremblements quantiques à des échelles plus petites qu'un atome, étirés à des tailles astronomiques par l'inflation.
