Effet papillon et univers primordial : comment de minuscules fluctuations quantiques peuvent façonner le destin de l'univers ?

Imaginez une petite vague qui provoque un raz-de-marée. Dans l'univers primordial, de minuscules fluctuations quantiques pourraient avoir eu un effet profond sur le cosmos. À l'aide de simulations numériques de pointe, une équipe de scientifiques du CNRS Terre & Univers, CNRS Physique (voir encadré), et de l’université Johns Hopkins (Etats-Unis) ont étudié l'évolution des fluctuations quantiques générées pendant l'inflation cosmologique, une brève phase d’expansion accélérée de l’univers il y a 13,7 milliards d’années. L’équipe de recherche a découvert que ces petites fluctuations, amplifiées par des phénomènes non linéaires, peuvent modifier radicalement le destin de l’univers. 

Si la phase initiale d’inflation est relativement bien comprise grâce aux observations du rayonnement cosmologique et de la distribution des galaxies dans l’univers, la phase ultérieure est encore complètement inconnue car aucune information électromagnétique ne nous en parvient. En revanche, l’astronomie gravitationnelle ouvre une fenêtre nouvelle sur cet âge sombre de l’inflation, que les scientifiques ont étudié pour la première fois avec des simulations numériques.

Ils ont montré que dans certaines théories, l'univers entier peut être piégé dans un état d'inflation éternelle, inhospitalier à la vie. Dans d'autres cas, les fluctuations quantiques peuvent déclencher la formation de trous noirs à partir de l'effondrement de poches d'univers. Ces trous noirs ne sont pas des vestiges stellaires typiques : à l'intérieur ne se trouve pas le cœur effondré d'une étoile, mais un univers parallèle tout entier ! Ces travaux marquent une percée dans l’étude de l’univers primordial à l’aide de méthodes non-perturbatives, à l’interface entre la cosmologie, la théorie du chaos et les sciences computationnelles.