Download - Matière noire
Matière noireMatière noire
NPAC – Bases de la Cosmologie Moderne – 2007
Herve Dole & Mathieu Langer
Indices
Possibilités
Détection
Indices
Possibilités
Détection
(Merci à Gianfranco Bertone, Université de Padoue & IAP)
Paramètres cosmologiques : état des lieux
• Combinaison de données ‘indépendantes’
• Univers spatialement plat :
‘Constante Cosmologique’ : ~ 0.7
‘Matière’ : ~ 0.3
Courbes de rotation galactiques
Courbe de rotation de la Voie Lactée(Clemens, 1985, ApJ 295)
Courbe de rotation et Matière Noire
2* circ *
2
( )m v Gm M r
r r
Image UV GALEX, A. Gil de Paz, 2006
Dégénérescence :
disque vs. halo DM
Rapport Masse/Luminosité?(synth. pop. stellaires)
DM : profil de densité?(simulations, mal connu au centre)
Broeils, 1992, A&A
Matière Noire : Amas de galaxiesN
GC
720
A 2
029
ROSAT X-Ray
DSS optical
• Image aux rayons X– L’émission X en un point de
l’amas est fonction de la densité n en ce point, x ~ n2
– Question: Quel profil de densité pour produire l’émission X observée?
Mesure du profil de densité d’un amas
Points: Observations
Line: Best Fit
Abell 2319 – Image ROSAT
[millions of light years]
• Procédure:– Choix du centre de l’amas– Moyenne azimutale de l’émission X– Courbe d’ajustement du profil X– Déduction de la densité requise
« Lentillage » gravitationnel
(http://hubblesite.org)
Convergence
Convergence + cisaillement
Tout frais : carte 3D de Matière Noire!
Massey et al., Nature, 7 Janvier 2007
•Cartes haute fidélité de la distribution de matière noire à grande échelle, résolue en séparation angulaire et en profondeur grâce au Cosmic Evolution Survey du HST (2 degres2)
• Forme de 71 galaxies par arcmin2
champ de cisaillement masse totale projetée
• Observations de suivi par VLT, Subaru, Cerro Tololo et Kitt Peak pour déterminer les redshifts
• Image optique d’amas en fusion (ici: 1E 0657-558)
• Reconstruction du cisaillement et de la convergence (lentilles gravitationnelles)
• Cartes de densité projetée (contours verts)
Preuve “directe” : l’amas Balle de fusil
Clowe et al. ApJL 2006
200 kpc
Preuve “directe” : l’amas Balle de fusil
Clowe et al. ApJL 2006
• Image X du même amas en fusion 1E 0657-558, par Chandra
• Contours verts: convergence (proportionnelle à la densité projetée)
• Contours blancs: position des pics de à 68.3%, 95.5% and 99.7% C.L. 200 kpc
Présence de masse gravitante non-lumineuse!
1% Etoiles7% Gaz structures virialisées
7% Gaz tiède/chaud MIG
85% MATIERE NOIRE
Baryons
Non-baryonique
Inventaire de la Matière dans l’Univers…
Don’t know what Dark Matter is?
Ask a Particle Physicist!
Kaluza-Klein DM in UED
Kaluza-Klein DM in RS
Axion
Axino
Gravitino
Photino
SM Neutrino
Sterile Neutrino
Sneutrino
Light DM
Little Higgs DM
Wimpzillas
Cryptobaryonic DM
Q-balls
Mirror Matter
Champs (charged DM)
D-matter
Cryptons
Self-interacting
Superweakly interacting
Braneworld DM
Heavy neutrino
NEUTRALINO
Messenger States in GMSB
Branons
Chaplygin Gas
Split SUSY
Primordial Black Holes
…
Candidats “Matière Noire”
L. Roszkowski
“WIMPs”!
WIMP : fiche d’identité
• Nom complet : Weakly Interacting Massive Particle– Rem : nom générique
• Interactions : gravitationnelle, nucléaire faible (i.e. sections efficaces « plus faibles que faible »)
• Masse : assez forte pour être non-relativiste aujourd’hui• Durée de vie : stable / assez longue pour ne pas avoir disparu• Densité relique : équation de Boltzmann + freeze-out
• Nature? SUSY? KK Extra-dimensions? New Physics!
27 3 12
χ
3 10 cm .sh
v
SUSY & LSP…• Supersymétrie?
– Extension de l’algèbre de Poincaré :
Q |Boson = |Fermion , Q |Fermion = |Boson{Q, Q} P , [H,Q] = 0
– Unification des couplages de jauge, hiérarchie des masses (Higgs)
– Préserver conservation de B & L R-parité, R = (-1)3B+L(-1)2S
– Particules SM : R = +1 Particules SUSY : R = -1
• Conservation de R-parité (si)Lightest Supersymmetric Particle stable!
Candidat “naturel” pour la Matière Noire
• MSSM + R-parité Neutralino :
1 2i i i i iB W H H
Dimensions Supplémentaires Universelles (EUD)
• Kaluza-Klein : extra dimensions
• EUD : tout champ se propage dans la 5e dim
Compactification de la dim. suppl. en chaque pt de l’espace à 3d
Conditions périodiques quantification de l’impulsion
Toy derivation of scalar Lagrangian
• Heuristic derivation showing how mass terms appear – infinite tower of KK modes
2
2
in2
Rn
n 0
i(m n)2 in2 im2
R R Rn m n m
n 0 m 0 n 0 m 0
n n n nn 0 n 0
2 n
R
2
R
X x , x e
e in e im e
(J.Virzi, UC Berkeley)
Discrimination bruit de fondCryogénie, …
Détection directe : Principe & Statut
n
Détecteur (bolomètre)
Collision d’un WIMP sur un noyau Lumière Chaleur Charge
DAMA
CDMS
EDELWEISS
ZEPLIN
+ IAS : saphir scintill. & chaleur
Détections indirectes
Détections Indirectes de DM
Télescopes gamma• Au sol (CANGAROO, HESS, MAGIC, MILAGRO, VERITAS)• Dans l’espace: satellite GLAST• Futur Cherenkov Telescope Array?
Télescopes Neutrino• Amanda, IceCube• Antares, Nemo, Nestor• Km3
Satellites Antimatière• PAMELA• AMS-2
Autres• Synchrotron• Effet SZ • Effet sur les étoiles…
Pour calculer les flux, il faut connaitre le détail des annihilations. Les sections efficaces d’annihilations des neutralinos peuvent être calculées par l’approche numérique (DarkSUSY, microMEGA, etc.)
(E. Nezri et al, 2001)
(Servant & Tait, 2002)
Servant & Tait ont obtenu les sections efficaces d’annihilation pour les particules B (1). Dans la limite non-relativiste, elles ne dépendent que de la masse des B(1).
Rayonnement d’annihilation
SUSY
UED
(Merci à G. Bertone)
Object baryoniques de masse stellaire et inferieure
(Afonso et al, A&A, 2003)