Etude de l’expansion cosmique avec des méthodes issues de la physique multicorps

Il est toujours supposé dans les comptes cosmologiques qu’il existe une répartition égale de la matière dans l’univers. En effet, les calculs seraient très compliqués si la position de chaque étoile était incluse. En fait, l’univers n’est pas uniforme : à certains endroits il y a des étoiles et des planètes, à d’autres il n’y a qu’un vide. Les physiciens Michael T. Frogt et le professeur Rafael Witkowski de l’Institute for Theoretical Physics et du Center for Soft Nanosciences (SoN) de l’Université de Münster, ainsi que le physicien Dr. Sabinhausenfelder de l’Institut d’études avancées de Francfort (FIAS), ont développé un nouveau modèle pour ce problème. Leur point de départ était le formalisme de Mori-Zwanzig, une façon de décrire des systèmes constitués d’un grand nombre de particules avec un petit nombre de mesures. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue Lettres d’examen physique.

l’arrière-plan: Théorie générale de la relativité Développé par Albert Einstein est l’une des théories les plus réussies de la physique moderne. Deux des cinq derniers prix Nobel de physique lui ont été associés : en 2017 pour la mesure des ondes gravitationnelles, et en 2020 pour la découverte d’un trou noir au centre de la Voie lactée. L’une des applications les plus importantes de la théorie est de décrire l’expansion cosmique de Univers depuis le Big Bang. La vitesse de cette expansion est déterminée par la quantité d’énergie dans l’univers. Outre la matière visuelle, c’est avant tout matière noire Et l’énergie noire est en jeu ici, du moins, selon Lambda-CDM Modèle Actuellement utilisé en cosmologie.

« À proprement parler, il est mathématiquement faux d’inclure la valeur moyenne de la densité d’énergie de l’univers dans les équations de la relativité générale », explique Sabine Hosenfelder. La question est maintenant de savoir à quel point ce bogue est « mauvais ». Certains experts le considèrent comme non pertinent, d’autres y voient une solution à un mystère énergie noire, dont la nature physique est encore inconnue. La répartition inégale de la masse dans l’univers peut avoir un effet sur la vitesse d’expansion cosmique.

« Le formalisme de Morri-Zwanzig est utilisé avec succès dans de nombreux domaines de recherche, de la biophysique à la physique des particules, il a donc également fourni une approche prometteuse à ce problème astrophysique », explique Raphael Witkowski. L’équipe a généralisé ce formalisme afin qu’il puisse être appliqué à la relativité générale, en dérivant ainsi un modèle d’expansion cosmique prenant en compte la répartition inégale de la matière dans l’univers.

Le modèle fournit une prédiction concrète de l’effet de ce qu’on appelle l’hétérogénéité sur la vitesse d’expansion de l’univers. Cette prédiction s’écarte légèrement de celle faite par le modèle Lambda-CDM et offre ainsi une opportunité de tester empiriquement le nouveau modèle. « actuellement , données astronomiques Ce n’est pas assez précis pour mesurer cette déviation », explique Michael T. Frogt, « mais les progrès significatifs qui ont été réalisés – par exemple, dans la mesure des ondes gravitationnelles – nous donnent des raisons d’espérer que cela changera. En outre, la nouvelle variante du formalisme de Mori-Zwanzig peut également être appliquée à d’autres problèmes astrophysiques – le travail ne concerne donc pas seulement la cosmologie. »