françois couchot, cs in2p3, 12 juillet 2004 1 la cosmologie avec planck Évolution de la discipline...

François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 1

La Cosmologie avec Planck

• Évolution de la discipline depuis 1997 du qualitatif au quantitatif

•Comparaison Planck/WMAP•Avant plans, re-ionisation, et Univers primordial•Non gaussiannité, et aspects liés au neutrino

Exposé préparé (surtout) à partir du Planck Blue Book (à paraître),Exposé préparé (surtout) à partir du Planck Blue Book (à paraître),de l’exposé sur WMAP de Al Kogut au récent colloque de l’IAP,de l’exposé sur WMAP de Al Kogut au récent colloque de l’IAP,et de la thèse d’Alexandre Bourrachot (qui sera soutenue le 22 septembre)et de la thèse d’Alexandre Bourrachot (qui sera soutenue le 22 septembre)

(+Mercis à N. Aghanim, J. Bartlett, J.-P. Bernard, F. Bouchet, A. Ealet, J. Kaplan,(+Mercis à N. Aghanim, J. Bartlett, J.-P. Bernard, F. Bouchet, A. Ealet, J. Kaplan, G. Lagache, O. Perdereau, N. Ponthieu et J.-L. Puget) G. Lagache, O. Perdereau, N. Ponthieu et J.-L. Puget)


La Cosmologieobservationnelle

• Retour en 1997 (1ère présentation devant le CS)– Prédictions précises modèles + codes de simulation

hydrodynamique– Mesures qualitatives (âge de l’Univers imprécis, facteur sur

H0?,inflation ?, réionisation ?)

• Depuis : – SN1a dominant– Boomerang/Maxima Univers plat– WMAP : 3 pics acoustiques + corrélations TE– Grandes structures bottom-up

• Modèle de concordance, en accord avec :– CMB– Observations sur les galaxies et les amas à grand décalage

spectral– SN1a– Mesure directe de H0

– Nucléosynthèse primordiale


La cosmologie en un clin d’œil

Germes desinhomogénéités

Big-bang, inflation

Découplage des photonsCroissance des structures

Transparencedu milieuaux photons

Propagation d’ondesdans un plasma peu dense

Éléments du modèle dit « de concordance »Éléments du modèle dit « de concordance »

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sComplémentarité !!!Complémentarité !!!


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sComplémentarité bis !!!Complémentarité bis !!!


De la phénoménologieà la modélisation

physique

• Nature de la matière Sombre (particules?, lesquelles ?)

• Physique des amas• Nature de l’énergie Sombre• Histoire de l’(re-)ionisation• Physique de l’univers primordial

Un joli programme de travail pour les 30 ? Un joli programme de travail pour les 30 ? Prochaines annéesProchaines années

+ en commun avec la physique des particules :neutrinos, LSP, théories « à haute énergie », ondes gravitationnelles…


Le cielLe ciel« millimétrique»« millimétrique»

Effets dits« d’avant-plan »

Phénomènerecherché(spectre decorps noir à 2,7 K)

Domine la brillance du ciel autourde 150 GHz

Pour séparerles différents effets,Planck comporte10 bandes de fréquence, de 30à 1000 GHz

1965 Penzias & Wilson / 1992 COBE / 2000 Boomerang & Maxima1965 Penzias & Wilson / 1992 COBE / 2000 Boomerang & Maxima


COBE


Visible - 3 µ - 240 µ - 408 MHz


WMAP 23 GHz - 41GHz - 94 GHz


A plus haute fréquence :ARCHEOPS

545 GHz550 m

353 GHz850 m

Polarized

217 GHz1.4 mm

143 GHz2.1 mm

First submillimetric maps at 15 arcmin resolution, 30% sky

12 heures de données

7 Février 2002


PlanckPlanck

Orsay, fin janvier Orsay, fin janvier 20042004


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Planck/WMAP

• Mesure différentielle pour WMAP, meilleure stabilité pour Planck

• Résolution angulaire 3fois meilleure• Sensibilité 100 fois meilleure• Bonne séparation des composantes• Meilleure redondance dans la mesure de la

polarisation


Plans focaux WMAP/HFI


Stratégies de balayage


Avant-Après WMAP


WMAP - Planck

• Grand bras de levier en l (ns,dns/d(logk )• Mesure complète de la « damping tail » (levée de

dégénérescences)


Sensibilité à ns

ns=–


Sensibilité à des déviations / loi de puissance

• A titre d’illustration…


Corrélations T - E

• Soustraction de la polarisation de la poussière essentielle à bas l (Archeops, Ponthieu et al.)


Spectre en E et ionisation

• + Mesures sur quasars• Besoin d’observations

« directes » d’objets à très grand z ?

• Codes de simulation


Spectre de B et r

• Possibilité d’exclure les modèles d’inflation à champ fort

• Teste la physique à 1016 GeV


Publicité (faible)

Autre voie :

Contrôler plus de paramètres

Gain d’un ordre de grandeur en précision


Effets de lentille sur les structures

• Planck sensible à z ~ 1,• Le spectre des déflections est accessible à

travers la fonction de corrélation à 4 points,• Transforme du E en B,• Donne une autre mesure du P(k)

– à croiser avec les résultats des catalogues,– Sensibilité à masse des neutrinos, équation

d’état de l’énergie sombre…


Masses des neutrinos

Suppose des

masses nulles

voir la thèse d’Alexandre Bourrachot voir la thèse d’Alexandre Bourrachot (qui sera soutenue le 22 septembre)(qui sera soutenue le 22 septembre)

H0 très corrélé

à m

(trois familles dégénérées)

Meilleure préci-sion avec

le lensing

Biais important si erreur sur la hierarchie de masses (analyse avec 1 seul neutrino massif)


Conclusion

• Planck/WMAP >> WMAP/pre-WMAP• Nombreux tests de cohérence interne des

mesures de Planck• Besoin de bien vérifier la compréhension

l’ensemble de la cosmologie avant de contraindre formellement l’inflation (tests de cohérence « externe »)

• Retombées intéressantes en physique du neutrino


projections


Contraintes sur l’énergie sombre

…en réponse à la question de Michel Spiro

françois couchot, cs in2p3, 12 juillet 2004 1 la cosmologie avec planck Évolution de la discipline...

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