Galaxies et cosmologie - Françoise Combes

Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2024-2025Le secteur sombre de l'Univers : matière et énergie noiresSéminaire - Florent Leclercq - L'énergie noire avec EuclidIntervenant(s) :Yann RaseraObservatoire de ParisRésumé : L'énergie noire représente l'un des plus grands mystères de la science actuelle : est-ce une constante cosmologique, un fluide exotique ou la manifestation d'une modification des lois de la gravité à grande échelle ? Pour répondre à cette question cruciale, il nous faut à la fois développer des théories explorant différents scénarios dans le cadre de la relativité générale et au-delà, mais aussi effectuer des relevés profonds de galaxies, dont la distribution est sensible à la nature de l'énergie noire.Mais ce n'est malheureusement pas suffisant. Il est, en effet, crucial de construire un pont robuste entre théories et observations. À l'heure actuelle, l'outil le plus précis à notre disposition est la simulation numérique. Dans ce séminaire, j'exposerai ainsi l'apport fondamental des simulations numériques à la problématique de la nature de l'énergie noire.Grâce à des modélisations de la formation des grandes structures de l'Univers, les scientifiques réalisent des expériences « in-silico », en variant les propriétés de l'énergie noire et en étudiant leurs conséquences sur la distribution des galaxies. En explorant des centaines d'univers simulés correspondant à autant de modèles d'énergie noire et en les comparant aux observations, les cosmologistes cherchent ceux qui sont compatibles avec le nôtre. Cette démarche leur permet de tirer des indices précieux dans notre quête de la compréhension de la nature de l'énergie noire.

Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2024-2025Le secteur sombre de l'Univers : matière et énergie noires07 - Le secteur sombre de l'Univers : matière et énergie noires - Perspectives à dix ansIntervenant : Françoise CombesProfesseur du Collège du FranceRésuméLe satellite Euclid, lancé en juillet 2023 par l'Agence spatiale européenne, va observer une grande partie du ciel pendant six ans, et identifier plus de dix milliards de galaxies à différentes époques. Il va utiliser plusieurs outils comme les lentilles gravitationnelles, les oscillations acoustiques baryoniques, le taux de croissance des structures, des amas de galaxies, les distorsions espace-redshift, pour lever le voile sur le secteur noir de l'Univers. Plusieurs expériences complémentaires vont suivre : le télescope Vera Rubin au Chili, ou le SKA, qui utiliseront des outils semblables, avec d'autres cibles. SKA va utiliser les sources radio, et la raie HI-21cm, cibles différentes des longueurs d'onde visible et infrarouge d'Euclid. La théorie de l'inflation pourrait être confirmée par la détection des ondes gravitationnelles primordiales, soit dans le fond cosmologique et les perturbations du mode-B, avec le rapport des perturbations tenseur/scalaire, soit par le réseau de pulsars avec SKA.

Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2024-2025Le secteur sombre de l'Univers : matière et énergie noiresSéminaire - Yann Rasera - Nature de l'énergie noire : éléments de réponse dans les simulations cosmologiquesIntervenant(s) :Yann RaseraObservatoire de ParisRésumé : L'énergie noire représente l'un des plus grands mystères de la science actuelle : est-ce une constante cosmologique, un fluide exotique ou la manifestation d'une modification des lois de la gravité à grande échelle ? Pour répondre à cette question cruciale, il nous faut à la fois développer des théories explorant différents scénarios dans le cadre de la relativité générale et au-delà, mais aussi effectuer des relevés profonds de galaxies, dont la distribution est sensible à la nature de l'énergie noire.Mais ce n'est malheureusement pas suffisant. Il est, en effet, crucial de construire un pont robuste entre théories et observations. À l'heure actuelle, l'outil le plus précis à notre disposition est la simulation numérique. Dans ce séminaire, j'exposerai ainsi l'apport fondamental des simulations numériques à la problématique de la nature de l'énergie noire.Grâce à des modélisations de la formation des grandes structures de l'Univers, les scientifiques réalisent des expériences « in-silico », en variant les propriétés de l'énergie noire et en étudiant leurs conséquences sur la distribution des galaxies. En explorant des centaines d'univers simulés correspondant à autant de modèles d'énergie noire et en les comparant aux observations, les cosmologistes cherchent ceux qui sont compatibles avec le nôtre. Cette démarche leur permet de tirer des indices précieux dans notre quête de la compréhension de la nature de l'énergie noire.

Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2024-2025Le secteur sombre de l'Univers : matière et énergie noires06 - Le secteur sombre de l'Univers : matière et énergie noires - Constante cosmologique ou champs scalairesIntervenant : Françoise CombesProfesseur du Collège du FranceRésuméUne constante cosmologique est toujours possible, d'après les observations actuelles : fonds cosmologique micro-onde, relevés de galaxies, etc. Mais le problème d'ajustement fin est trop contraignant, et ne permet pas de faire le lien avec l'inflaton, champ scalaire de la première époque de l'Univers. Un grand nombre de théories font appel à un champ scalaire, une quintessence avec une énergie noire dynamique dans le temps. Il existe deux grands types de solution, selon l'équation d'état P= w x densité: soit un dégel w=-1 au départ, puis w croît en restant inférieure à -0.7 ; soit une congélation, où w tend asymptotiquement vers -1. Les théories de gravité modifiée, pour rendre compte de l'énergie noire sont multiples : Soit f(R), Tenseur-scalaire, Tenseur-vectoriel, Formalisme général de Horndeski, Théorie holographique, issue du problème de l'information autour des trous noirs.

Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2024-2025Le secteur sombre de l'Univers : matière et énergie noiresSéminaire -Silvia Galli - Les contraintes du fond diffus cosmologiqueIntervenant(s) :Silvia GalliIAP, ParisRésumé : Le fond diffus cosmologique (Cosmic Microwave Background, CMB) est la lumière la plus ancienne que nous puissions observer, émise environ 380 000 ans après le Big Bang. Les observations du CMB révèlent de minuscules fluctuations de température. Ces anisotropies contiennent une mine d'informations sur la nature et la structure de l'Univers. Elles nous permettent de mesurer avec une précision inégalée des paramètres cosmologiques fondamentaux, tels que la densité de matière noire et d'énergie sombre. Le CMB est également un outil précieux pour tester les théories de la physique fondamentale. Il est sensible à un large éventail de phénomènes, allant des masses des neutrinos à la nature de la gravité. Les contraintes les plus strictes sur le CMB proviennent actuellement des données recueillies par le satellite Planck de l'ESA. Planck a permis de tester nos modèles de l'Univers avec une précision extrême, répondant à de nombreuses questions mais laissant également quelques mystères fondamentaux non résolus. Les expériences actuelles et futures sur le CMB, telles que le télescope du pôle Sud (SPT), l'observatoire Simons, CMB-S4, Litebird et d'autres, continueront de nous fournir des informations précieuses sur l'origine, l'évolution et la composition de notre cosmos.