cosmologie primordiale patrick petercosmologie primordiale paris-sud 1er décembre 2009 patrick...

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Orsay - 1 er décembre 2009 Cosmologie Primordiale Paris-Sud 1 er décembre 2009 Patrick Peter Institut d’Astrophysique de Paris

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  • 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

    (

    dθ2 + sin2 θdφ2)

    ]

    ,

    dη =dt

    a(t)=⇒

    ds2 = a2(η)(

    −dη2 + γijdxidxj)

    S =∫ √

    −g(

    −R

    6%2P

    + p

    )

    d4x

    p = ωρ

    nT = nS − 1 =12ω

    1 + 3ω

    T

    S$ 4 × 10−2

    nS − 1

    1

    Matière = fluide parfait

    LastScatteringsurface

    Tµν = pgµν + (ρ + p)uµuν

    ds2 = −dt2 + a2 (t)[

    dr2

    1 −Kr2+ r2

    (

    dθ2 + sin2 θdφ2)

    ]

    ,

    dη =dt

    a(t)=⇒

    ds2 = a2(η)(

    −dη2 + γijdxidxj)

    S =∫ √

    −g(

    −R

    6&2P

    + p

    )

    d4x

    p = ωρ

    nT = nS − 1 =12ω

    1 + 3ω

    1

    LastScatteringsurface

    p = ωρ

    Tµν = pgµν + (ρ + p)uµuν

    ds2 = −dt2 + a2 (t)[

    dr2

    1 −Kr2+ r2

    (

    dθ2 + sin2 θdφ2)

    ]

    ,

    dη =dt

    a(t)=⇒

    ds2 = a2(η)(

    −dη2 + γijdxidxj)

    S =∫ √

    −g(

    −R

    6'2P

    + p

    )

    d4x

    p = ωρ

    1

    poussière{

    LastScatteringsurface

    ω = 0

    p = ωρ

    Tµν = pgµν + (ρ + p)uµuν

    ds2 = −dt2 + a2 (t)[

    dr2

    1 −Kr2+ r2

    (

    dθ2 + sin2 θdφ2)

    ]

    ,

    dη =dt

    a(t)=⇒

    ds2 = a2(η)(

    −dη2 + γijdxidxj)

    S =∫ √

    −g(

    −R

    6'2P

    + p

    )

    d4x

    p = ωρ

    1

    LastScatteringsurface

    ω =1

    3

    p = ωρ

    Tµν = pgµν + (ρ + p)uµuν

    ds2 = −dt2 + a2 (t)[

    dr2

    1 −Kr2+ r2

    (

    dθ2 + sin2 θdφ2)

    ]

    ,

    dη =dt

    a(t)=⇒

    ds2 = a2(η)(

    −dη2 + γijdxidxj)

    S =∫ √

    −g(

    −R

    6'2P

    + p

    )

    d4x

    1

    radiation

    LastScatteringsurface

    H2 +Ka2

    =1

    3(8πGNρ + Λ)

    ω =1

    3

    p = ωρ

    Tµν = pgµν + (ρ + p)uµuν

    ds2 = −dt2 + a2 (t)[

    dr2

    1 −Kr2+ r2

    (

    dθ2 + sin2 θdφ2)

    ]

    ,

    dη =dt

    a(t)=⇒

    ds2 = a2(η)(

    −dη2 + γijdxidxj)

    1

    + cosmological constant = équations d’EinsteinLastScatteringsurface

    a=

    1

    3[Λ − 4πGN (ρ + p)]

    H2 +Ka2

    =1

    3(8πGNρ + Λ)

    ω =1

    3

    p = ωρ

    Tµν = pgµν + (ρ + p)uµuν

    ds2 = −dt2 + a2 (t)[

    dr2

    1 −Kr2+ r2

    (

    dθ2 + sin2 θdφ2)

    ]

    ,

    dη =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

    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 !!!