cosmologie primordiale patrick peter · cover image: ‘le vent’ by madeleine attal (1997). this...
TRANSCRIPT
Orsay - 1er décembre 2009
Cosmologie Primordiale
Paris-Sud1er décembre 2009
Patrick Peter
Institut d’Astrophysique de Paris
Orsay - 1er décembre 2009 2
Isotrope !
Carte du ciel à haute résolution
Orsay - 1er décembre 2009 3
P
PQ
Q
Orsay - 1er décembre 2009 4
Homogène !
Orsay - 1er décembre 2009 5
Homogénéité
+
Isotropie
+
Relativité générale d’Einstein
=
Expansion de l’Univers
Orsay - 1er décembre 2009 6
Orsay - 1er décembre 2009 7
Techniquement ...
Métrique homogène & isotrope (FLRW):
LastScatteringsurface
ds2 = !dt2 + a2 (t)
!
dr2
1 !Kr2+ r2
"
d!2 + sin2 !d"2#
$
,
d# =dt
a(t)="
ds2 = a2(#)"
!d#2 + $ijdxidxj#
S =
% #!g
&
!R
6%2P
+ p
'
d4x
p = &'
nT = nS ! 1 =12&
1 + 3&
T
S$ 4 % 10!2
(
nS ! 1
1
Matière = fluide parfait
LastScatteringsurface
Tµ! = pgµ! + (! + p)uµu!
ds2 = !dt2 + a2 (t)
!
dr2
1 !Kr2+ r2
"
d"2 + sin2 "d#2#
$
,
d$ =dt
a(t)="
ds2 = a2($)"
!d$2 + %ijdxidxj#
S =
% #!g
&
!R
6&2P
+ p
'
d4x
p = '!
nT = nS ! 1 =12'
1 + 3'
1
LastScatteringsurface
p = !"
Tµ! = pgµ! + (" + p)uµu!
ds2 = !dt2 + a2 (t)
!
dr2
1 !Kr2+ r2
"
d#2 + sin2 #d$2#
$
,
d% =dt
a(t)="
ds2 = a2(%)"
!d%2 + &ijdxidxj#
S =
% #!g
&
!R
6'2P
+ p
'
d4x
p = !"
1
poussière{
LastScatteringsurface
! = 0
p = !"
Tµ! = pgµ! + (" + p)uµu!
ds2 = !dt2 + a2 (t)
!
dr2
1 !Kr2+ r2
"
d#2 + sin2 #d$2#
$
,
d% =dt
a(t)="
ds2 = a2(%)"
!d%2 + &ijdxidxj#
S =
% #!g
&
!R
6'2P
+ p
'
d4x
p = !"
1
LastScatteringsurface
! =1
3
p = !"
Tµ! = pgµ! + (" + p)uµu!
ds2 = !dt2 + a2 (t)
!
dr2
1 !Kr2+ r2
"
d#2 + sin2 #d$2#
$
,
d% =dt
a(t)="
ds2 = a2(%)"
!d%2 + &ijdxidxj#
S =
% #!g
&
!R
6'2P
+ p
'
d4x
1
radiation
LastScatteringsurface
H2 +Ka2
=1
3(8!GN" + !)
# =1
3
p = #"
Tµ! = pgµ! + (" + p)uµu!
ds2 = !dt2 + a2 (t)
!
dr2
1 !Kr2+ r2
"
d$2 + sin2 $d%2#
$
,
d& =dt
a(t)="
ds2 = a2(&)"
!d&2 + 'ijdxidxj#
1
+ cosmological constant = équations d’EinsteinLastScatteringsurface
a
a=
1
3[! ! 4!GN (" + p)]
H2 +Ka2
=1
3(8!GN" + !)
# =1
3
p = #"
Tµ! = pgµ! + (" + p)uµu!
ds2 = !dt2 + a2 (t)
!
dr2
1 !Kr2+ r2
"
d$2 + sin2 $d%2#
$
,
d& =dt
a(t)="
1
Orsay - 1er décembre 2009 8
Hubble 1929Hubble 1929
Vitesse = = H H x x Distance
Orsay - 1er décembre 2009
Riess, Press et Kirshner (1996)Riess, Press et Kirshner (1996)
9
Orsay - 1er décembre 2009 10
Le rougissement gravitationnel de l’expansion
Orsay - 1er décembre 2009 11
Orsay - 1er décembre 2009 12
Orsay - 1er décembre 2009 13
Orsay - 1er décembre 2009 14
Orsay - 1er décembre 2009 15
temps
dis
tan
ce
Orsay - 1er décembre 2009 16
Bien connu compris
Orsay - 1er décembre 2009 17
Orsay - 1er décembre 2009 18
Simulation numérique de la formation des grandes structures
Comparaison avecles données
observationnelles
Orsay - 1er décembre 2009 19
Simulation numérique de la formation des grandes structures
Comparaison avecles données
observationnelles
Orsay - 1er décembre 2009 20
Fluctuations attendues du rayonnement de corps noirMoment multipolaire
Échelle angulaire
Orsay - 1er décembre 2009 21
Bien connu compris
Mal connu incompris
!!!!!!!
Bielefeld - 23rd september 2009 22
Singularité
Horizon
Platitude
Homogeneité
Perturbations
Matière noire
Énergie noire / constante cosmologique
Baryogénèse
...
Défauts topologiques (monopôles)
1
also available fromOXFORD UNIVERSITY PRESS
Cosmology Steven Weinberg
Particle Astrophysics: Second EditionDonald H. Perkins
Cosmic Anger—Abdus Salam: The First Muslim Nobel Scientist Gordon Fraser
Revolutionaries of the Cosmos—The Astro-Physicists Ian S. Glass
Cover image: ‘Le vent’ by Madeleine Attal (1997).
This book provides an extensive survey of all the physics necessary to understand the current developments in the field of fundamental cosmology, as well as an overview ofthe observational data and methods. It will help students to get into research by providingdefinitions and main techniques and ideas discussed today. The book is divided into threeparts. Part 1 summarises the fundamentals in theoretical physics needed in cosmology(general relativity, field theory, particle physics). Part 2 describes the standard model ofcosmology and includes cosmological solutions of Einstein equations, the hot big bangmodel, cosmological perturbation theory, cosmic microwave background anisotropies,lensing and evidence for dark matter, and inflation. Part 3 describes extensions of thismodel and opens up current research in the field: scalar-tensor theories, supersymmetry,the cosmological constant problem and acceleration of the universe, topology of the universe, grand unification and baryogenesis, topological defects and phase transitions,string inspired cosmology including branes and the latest developments. The book provides details of all derivations and leads the student up to the level of research articles.
Patrick Peter and Jean-Philippe Uzan are at the Institut d'Astrophysique de Paris, France.
‘Fills a niche that other recent cosmology texts leave open, namely self-contained derivations in cosmology that span both fundamental issues and applications to the realuniverse that are of great interest to observers.’ Joseph Silk, University of Oxford
‘A remarkable book. Written with great authority and enthusiasm, it gives a comprehensiveview of primordial cosmology today. The style is accessible to a novice for a good introduction, as well as being technically precise enough to be useful for specialists.’
Ted Jacobson, University of Maryland
Primordial Cosmology
Patrick PeterJean-Philippe Uzan
oxford graduate texts
9 780199 209910
2
ogt
PrimordialCosm
ologyPeter&
Uzan
peter&uzan_ppc.qxd 27/2/09 09:11 Page 1
Problèmes de la cosmologie standard
Orsay - 1er décembre 2009 23
Singularité
Orsay - 1er décembre 2009 24
O
A”
A
A’
B
B’ B”
Space
Tim
e
Last scattering surface
1°
Decouplingzdec
Horizonat decoupling
O
Infinite redshift
Horizon
Orsay - 1er décembre 2009 25
Horizon
Ici
Surfacede dernière
diffusionvue d’ici
Surfacede dernière
diffusionvue de B
Surfacede dernière
diffusionvue de A
Photon issu de A Photon issu de B
Orsay - 1er décembre 2009 26
“plat”
“ouvert”
“fermé”
Platitude
Orsay - 1er décembre 2009 27
Inflation ... = la panacée !!!
Platitude
Orsay - 1er décembre 2009 28
Inflation ... = la panacée !!!
Horizon
Orsay - 1er décembre 2009 29
(Livre A. Linde)
Inflation ... = la panacée !!!