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Matière noire. Indices Possibilités Détection. Herve Dole & Mathieu Langer. (Merci à Gianfranco Bertone, Université de Padoue & IAP). NPAC – Bases de la Cosmologie Moderne – 2007. Paramètres cosmologiques : état des lieux. Combinaison de données ‘indépendantes’ - PowerPoint PPT Presentation

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  • Matire noireNPAC Bases de la Cosmologie Moderne 2007Herve Dole & Mathieu LangerIndices

    Possibilits

    Dtection (Merci Gianfranco Bertone, Universit de Padoue & IAP)

  • Paramtres cosmologiques : tat des lieuxCombinaison de donnes indpendantes

    Univers spatialement plat :

    Constante Cosmologique : ~ 0.7

    Matire : ~ 0.3

  • Courbes de rotation galactiques

  • Courbe de rotation de la Voie Lacte(Clemens, 1985, ApJ 295)

  • Courbe de rotation et Matire NoireImage UV GALEX, A. Gil de Paz, 2006

  • Dgnrescence :disque vs. halo DM

    Rapport Masse/Luminosit?(synth. pop. stellaires)

    DM : profil de densit?(simulations, mal connu au centre)Broeils, 1992, A&A

  • Matire Noire : Amas de galaxiesNGC720A2029ROSAT X-RayDSS optical

  • Mesure du profil de densit dun amasImage aux rayons XLmission X en un point de lamas est fonction de la densit n en ce point, x ~ n2

    Question: Quel profil de densit pour produire lmission X observe?Points: ObservationsLine: Best FitAbell 2319 Image ROSAT[millions of light years]

    Procdure:Choix du centre de lamasMoyenne azimutale de lmission XCourbe dajustement du profil XDduction de la densit requise

  • Lentillage gravitationnel(http://hubblesite.org)ConvergenceConvergence + cisaillement

  • Tout frais : carte 3D de Matire Noire!Massey et al., Nature, 7 Janvier 2007

    Cartes haute fidlit de la distribution de matire noire grande chelle, rsolue en sparation angulaire et en profondeur grce au Cosmic Evolution Survey du HST (2 degres2)

    Forme de 71 galaxies par arcmin2 champ de cisaillement masse totale projete

    Observations de suivi par VLT, Subaru, Cerro Tololo et Kitt Peak pour dterminer les redshifts

  • Image optique damas en fusion (ici: 1E 0657-558)

    Reconstruction du cisaillement et de la convergence (lentilles gravitationnelles)

    Cartes de densit projete (contours verts)

    Preuve directe : lamas Balle de fusilClowe et al. ApJL 2006200 kpc

  • Preuve directe : lamas Balle de fusilClowe et al. ApJL 2006

    Image X du mme amas en fusion 1E 0657-558, par Chandra

    Contours verts: convergence (proportionnelle la densit projete)

    Contours blancs: position des pics de 68.3%, 95.5% and 99.7% C.L. 200 kpc Prsence de masse gravitante non-lumineuse!

  • 1% Etoiles7% Gaz structures virialises7% Gaz tide/chaud MIG85% MATIERE NOIREBaryonsNon-baryoniqueInventaire de la Matire dans lUnivers Dont 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 Matire NoireL. Roszkowski

  • WIMP : fiche didentit

    Nom complet : Weakly Interacting Massive ParticleRem : nom gnriqueInteractions : gravitationnelle, nuclaire faible (i.e. sections efficaces plus faibles que faible)Masse : assez forte pour tre non-relativiste aujourdhuiDure de vie : stable / assez longue pour ne pas avoir disparuDensit relique : quation de Boltzmann + freeze-out

    Nature? SUSY? KK Extra-dimensions? New Physics!

  • SUSY & LSPSupersymtrie?Extension de lalgbre de Poincar : Q |Boson = |Fermion , Q |Fermion = |Boson{Q, Q} P , [H,Q] = 0Unification des couplages de jauge, hirarchie des masses (Higgs)Prserver conservation de B & L R-parit, R = (-1)3B+L(-1)2SParticules SM : R = +1Particules SUSY : R = -1

    Conservation de R-parit (si)Lightest Supersymmetric Particle stable!

    Candidat naturel pour la Matire NoireMSSM + R-parit Neutralino :

  • Dimensions Supplmentaires Universelles (EUD)Kaluza-Klein : extra dimensions

    EUD : tout champ se propage dans la 5e dimCompactification de la dim. suppl. en chaque pt de lespace 3dConditions priodiques quantification de limpulsion

  • Toy derivation of scalar LagrangianHeuristic derivation showing how mass terms appear infinite tower of KK modes(J.Virzi, UC Berkeley)

  • Discrimination bruit de fondCryognie, Dtection directe : Principe & StatutnDtecteur (bolomtre)Collision dun WIMP sur un noyau Lumire Chaleur Charge

  • Dtections indirectesDtections Indirectes de DMTlescopes gamma Au sol (CANGAROO, HESS, MAGIC, MILAGRO, VERITAS) Dans lespace: satellite GLAST Futur Cherenkov Telescope Array?

    Tlescopes Neutrino Amanda, IceCube Antares, Nemo, Nestor Km3

    Satellites Antimatire PAMELA AMS-2

    Autres Synchrotron Effet SZ Effet sur les toiles

  • Pour calculer les flux, il faut connaitre le dtail des annihilations. Les sections efficaces dannihilations des neutralinos peuvent tre calcules par lapproche numrique (DarkSUSY, microMEGA, etc.)(E. Nezri et al, 2001)(Servant & Tait, 2002)Servant & Tait ont obtenu les sections efficaces dannihilation pour les particules B(1). Dans la limite non-relativiste, elles ne dpendent que de la masse des B(1).Rayonnement dannihilationSUSYUED(Merci G. Bertone)

  • Object baryoniques de masse stellaire et inferieure(Afonso et al, A&A, 2003)

    Caption: Photo demonstrates the current observational constraints on the cosmic density of all matter including dark matter (m) and the dark energy () relative to the density of a critical-density Universe (i.e., an expanding Universe which approaches zero expansion asymptotically after an infinite time and has a flat geometry). All three observational tests by means of supernovae (green), the cosmic microwave background (blue) and galaxy clusters converge at a Universe around m ~ 0.3 and ~ 0.7. The dark red region for the galaxy cluster determination corresponds to 95% certainty (2-sigma statistical deviation) when assuming good knowledge of all other cosmological parameters, and the light red region assumes a minimum knowledge. For the supernovae and WMAP results, the inner and outer regions corespond to 68% (1-sigma) and 95% certainty, respectively. References: Schuecker et al. 2003, A&A, 398, 867 (REFLEX); Tonry et al. 2003, ApJ, 594, 1 (supernovae); Riess et al. 2004, ApJ, 607, 665 (supernovae)GMSB : gauge mediated SUSY BreakingHierarchie des masses : renormalisation de la masse du Higgs should give Planck scale, but is necessarilly smaller : SUSY cancellation of loop contributions (quadratic corrections) Ondes stationnaires dans la 5e dimensionPourquoi B(1) :

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