Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Constantes cosmologiques“

En 1937, Dirac propose son hypothèse des grands nombres. À partir de l’étude qu’il fait des constantes de la physique, il bâtit un modèle cosmologique en suivant une approche déductive. Ce faisant, il rejoint une tendance initiée par Eddington et suivie par d’autres. Cette nouvelle méthode interpelle Dingle, qui prend position en faveur de l’induction, en opposition à la déduction. Suite à diverses publications, un débat cosmologique et épistémologique prend place dans les pages de la revue Nature. Le présent article propose une revue commentée de cette année particulière, via l’analyse chronologique de diverses contributions. On découvre alors les balbutiements cosmologiques de l’hypothèse des grands nombres, mais on met aussi en lumière l’importante controverse épistémologique qui s’en suivit. * * * Dirac put forward his Large Numbers hypothesis (LNh) in 1937. Based on his study of physical constants, he built a cosmological model by following a deductive approach. In adhering to this method, he thus joined a trend that had been set in motion by Eddington. This new method countered that of Dingle, who had opted in favour of the opposing camp, namely induction. Numerous publications on this subject sparked a cosmological and epistemological debate within the journal Nature. By analysing various contributions in chronological order, the present article offers a commentary on this noteworthy year. The hesitant cosmological beginnings of the LNh are thereby brought to light, as is the major epistemological controversy that ensued.

Les amas-lentilles dans lesquels plusieurs systèmes d'images multiples de galaxies d'arrière-plan sont présents peuvent être utilisés pour contraindre les paramètres cosmologiques. En effet, la modélisation du potentiel gravitationnel de l'amas de galaxies est alors suffisamment précise pour pouvoir accéder à des contraintes sur les distances entre sources et images. Or ces distances dépendent directement de la géométrie de l'Univers, qui est fixée par les paramètres cosmologiques (c'est-à-dire la densité de matière de l'Univers, la constante cosmologique et plus généralement l'énergie noire). Cette méthode requiert des modèles paramétriques précis de potentiels gravitationnels. Un formalisme général de profils pseudo elliptiques a donc été développé, donnant les expressions analytiques des grandeurs utilisées dans le phénomène de lentille gravitationnelle. .
I use cluster-lenses containing several multiple-imaged systems of background galaxies to constrain the cosmological parameters. Indeed, the model of the cluster of galaxies gravitational potential is then precise enough to get constraints on the distances between sources and images. These distances directly depend on the Universe geometry, which is fixed by the cosmological parameters (ie the Universe matter density, the cosmological constant and dark energy in general). This method requires precise parametric models of gravitational potentials. I developped a general formalism of pseudo elliptical profiles, giving analytical expressions for lensing quantities. I first study the errors semi analytically, to get the expected accuracy. Numerical simulations of of typical cluster-lenses complete this preliminary work. I can then precise the potential optimisation method and exhibit the expected degeneracy between the cosmological parameters. .

Nous disposons aujourd'hui d'un modèle décrivant l'évolution de l'univers sur les grandes échelles, le Modèle Cosmologique. Au cours de cette thèse, nous avons conçu puis appliqué sur les données les plus récentes plusieurs tests originaux de ce modèle. Nous proposons tout d'abord un critère observationnel visant a rejeter un scenario non métrique de l'accélération cosmique. Puis nous proposons une méthode dont le but est de vérifier observationnellement la cohérence de l'un des piliers du Modèle Cosmologique : le Principe Copernicien. Nous estimons quantitativement l'échelle de l'isotropie d'une distribution de galaxies autour de plusieurs observateurs (et obtenons pour cette échelle 150Mpc/h), puis validons ce résultat par le biais d'une comparaison avec le résultat obtenu avec des simulations à N corps. Enfin, nous proposons et appliquons pour la première fois un test géométrique basé sur le principe d'Alcock-Paczynski. Nous analysons les propriétés de symétrie de systèmes binaires de galaxies lointaines, en apportant les corrections nécessaires des vitesses propres de ces dernières. Nous déterminons ainsi les valeurs des paramètres du modèle, et confirmons de façon indépendante le paradigme cosmologique actuel. L'ensemble des tests que nous proposons peuvent être menés sur les données déjà disponibles, et pourront être menés de façon optimale sur les futurs relevés, SNeIa lointaines et grands sondages spectraux de galaxies (EUCLID, BigBOSS)
The Cosmological Model describes today the evolution of the universe on large scales. During this thesis, we developed and applied to state-of-art data new cosmological tests. We first propose an observational criterion to reject a non-metric scenario of cosmic acceleration. Then we propose a strategy that aims to validate using galaxy distribution the consistency of one of the pilars of the Cosmological Model : the Copernican Principle. We estimate quantitatively the scale of isotropy of this distribution around different distant observers (and find for this scale 150Mpc/h), and then compare with results obtained using N-body simulations. Finally, we elaborate and then apply for the first time a geometrical test based on the Alcock-Paczynski effect. We analyze the symmetry properties of binary systems of galaxies, and computed the necessary corrections of their proper velocities. We obtain values for the parameters of the model, and confirm independantly the current cosmological paradigm. All the tests we propose can be implemented using available data, and will be optimally implemented using future surveys (SNeIa, redshift surveys of galaxies, such as EUCLID or BigBOSS)

Les amas-lentilles dans lesquels plusieurs systèmes d'images multiples de galaxies d'arrière-plan sont présents peuvent être utilisés pour contraindre les paramètres cosmologiques. En effet, la modélisation du potentiel gravitationnel de l'amas de galaxies est alors suffisamment précise pour pouvoir accéder à des contraintes sur les distances entre sources et images. Or ces distances dépendent directement de la géométrie de l'Univers, qui est fixée par les paramètres cosmologiques (c'est-à-dire la densité de matière de l'Univers, la constante cosmologique et plus généralement l'énergie noire). Cette méthode requiert des modèles paramétriques précis de potentiels gravitationnels. Un formalisme général de profils pseudo elliptiques a donc été développé, donnant les expressions analytiques des grandeurs utilisées dans le phénomène de lentille gravitationnelle. Une première approche a été effectuée avec une étude semi-analytique des erreurs, afin d'estimer les ordres de grandeur des précisions attendues, en fonction de contraintes observationnelles réalistes. Ce travail préliminaire s'est poursuivi par des simulations numériques de lentilles gravitationnelles typiques. Cette étape a permis de préciser la méthode d'optimisation du potentiel et la dégénérescence attendue entre les paramètres cosmologiques. Ce processus a ensuite été appliqué aux amas de galaxies A2218 et AC114. La géométrie de l'Univers qu'on en déduit rentre dans le cadre du paradigme actuel (issu principalement des contraintes données par l'étude des anisotropies du fond diffus cosmologique et celle des supernovae distantes de type Ia prises comme chandelles standard). Les dégénérescences obtenues peuvent être en partie brisées en combinant ces résultats avec ceux issus de tests cosmologiques indépendants. Enfin, le processus d'optimisation du potentiel permet en outre de donner une description fine de la distribution de masse de ces deux amas. Leur profil de densité centrale est en particulier plat. Le test cosmologique présenté dans cette thèse nécessite la connaissance précise du décalage spectral des sources de chaque système d'images. Un programme d'observations spectroscopiques d'arcs gravitationnels dans l'amas de galaxies A1689 -- qui est un excellent candidat pour le test proposé -- effectué sur le VLT a ainsi été conduit.

Ce travail consiste à étudier la dynamique des halos de matière noire ainsi que la possibilité de détecter les rayons-gamma qui proviennent de l'annihilation des neutralinos, supposés être les constituants de la matière noire (DM). Dans un premier temps, des simulations numériques ont été réalisées dans le cadre du modèle Lambda-CDM. Nous avons en particulier étudié les effets de l'accrétion et de la fusion sur l'évolution du moment cinétique des halos et leur relaxation dynamique. Nos résultats indiquent que les halos acquièrent du moment cinétique principalement par transfert de moment cinétique orbital durant des phases d'accrétion/fusion plutôt que par les effets de marée. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les effets de l'inclusion du terme de la constante cosmologique dans le modèle d'effondrement sphérique de Tolman-Lemaître et déduit les masses pour des groupes de galaxies proches, notamment le Groupe Local et l'amas de Virgo. Notre procédure a mené à une nouvelle évaluation de la constante de Hubble en bon accord avec les récentes déterminations par d'autres méthodes. Finalement, nous avons prédit le flux des rayons-gamma à partir de différentes sources telles que M31, M81, la galaxie du Dragon et la galaxie du Sagittaire et leur détectabilité par le futur satellite GLAST. L'analyse de la détection ou non à différents seuils d'énergie nous a permis d'imposer des contraintes sur la masse du neutralino ainsi que sur la distribution spatiale de la DM dans ces objets
This work aims to study the dynamics of dark matter halos as well as the possibility of detection of gamma-rays resulting from the annihilation of neutralinos, supposed to be the constituent of dark matter (DM). In a first step, numerical simulations have been performed in the context of the Lambda-CDM cosmology and we have studied the effects of merger/accretion on the angular momentum evolution of halos and their dynamical relaxation. Our results indicate that halos acquire angular momentum essentially by the transfer of orbital angular momentum to spin during merger/accretion events rather than by tital torques. In a second step, we have studied the effects of the inclusion of a cosmological constant term in the spherical Tolman-Lemaître collapse model and re-derived masses for some nearby groups of galaxies, in particular the Local Group and Virgo. Our procedure yields a new evaluation of the Hubble constant in quite agreement with recent determination by other methods. Finally, we have predicted gamma-rays fluxes from different sources as M31, M87, Draco and Sagittarius and their detectability by the forthcoming GLAST satellite. The analysis of detection or not at different energy thresholds allows to constraint the neutralino mass and the spatial distribution of DM in those objects

Les missions modernes permettent d’accéder à des mesures de qualité pour les grandes structures, en échantillonnant la distribution de galaxies en détail jusque dans les régions les moins denses, les vides. Toutefois, nous observons les vides dans l’espace des redshift, ce qui limite notre connaissance de ces structures. Afin d’utiliser les vides en tant qu’outils cosmologiques de précision, il est fondamental d’obtenir leur forme dans l’espace réel. Dans cette thèse nous présentons un algorithme non-paramétrique permettant de reconstruire les profils de densité sphérique des vides empilés dans l’espace réel, sans assomption pour les distorsions en redshift. Nous obtenons donc les premiers profils de densité des vides empilés dans l’espace réel, à travers lesquels nous étudions la compensation de masse et calculons les profils de vitesses particulières des vides, se basant sur la théorie linéaire et le modèle cosmologique. Nous discutons l’utilisation des profils pour contraindre indépendamment les vitesses. Avec des catalogues simulés de galaxies, nous analysons l’effet des vitesses particulières sur les propriétés physiques des vides. Enfin nous calculons une prédiction du nombre de vides que fournira la future mission Euclid et des contraintes que ce nombre de vides donnera sur les paramètres cosmologiques (grâce au formalisme de Fisher). Les profils de densité de vides dans l’espace réel peuvent être utilisés pour tester les modèles cosmologiques (à travers l’étude de l’effet des vitesses particulières et l’amélioration du test de Alcock-Paczynski); l’étude des vides promet donc d’apporter des informations indépendantes pour éclaircir le mystère de l’énergie obscure
Modern surveys allow us to access to high quality measurements, by sampling the galaxy distribution in detail also in the emptier regions, voids. When we observe cosmic voids, however, we observe them in redshift-space: their real shape remains inaccessible to us, thus limiting our knowledge about such structures. To employ voids as a precision tool for Cosmology, it is fundamental to obtain their real-space shape. This thesis presents a model-independent non-parametric algorithm to reconstruct the spherical density profiles of stacked voids in real space, without assumptions about redshift distortions. With this algorithm, we obtain the first ever real-space density profiles of stacked voids. With the profiles we study the mass compensation and obtain a theoretical prediction for the velocity profiles of voids based on linear theory and assuming cosmological parameters. In parallel, we discuss the use of the real-space profiles to obtain model-independent information about the peculiar velocity profiles of voids. Also, using mock catalogues, we analyse the effect of peculiar velocities on void properties and discuss it in the framework of current and future surveys. Finally we calculate a forecast for void abundances with the future Euclid mission and obtain, using the Fisher matrix formalism, a prediction for the constraints that void abundances will set on cosmological parameters. The real-space profiles of voids can be used to test cosmological models (through the understanding of peculiar velocities effects and the improvement of the Alcock-Paczynski test); and void abundances promise to bring independent information and to shed light on the mystery of dark energy

Nous étudions les conséquences cosmologiques des anomalies de Weyl qui émergent de la renormalisation des opérateurs composés des champs, y compris la métrique. Ces anomalies sont codifiées dans les habillements gravitationnels des opérateurs dans une action effective quantique non-locale. Nous obtenons les équations d'évolution qui découlent de cette action et nous en cherchons des solutions cosmologiques. Par simplicité on se limite à la gravité d'Einstein-Hilbert avec une constante cosmologique. Nous initions par considérer la gravité en deux dimensions, où la théorie de Liouville nous permet de calculer l'habillement gravitationnel de la constant cosmologique. Avec une formulation invariante de Weyl, nous déterminons l'action effective et le tenseur de moment correspondant, qui deviennent non-locaux. Les anomalies de Weyl modifient le tenseur entier, pas seulement sa trace, et nous trouvons une énergie du vide qui décline avec le temps et un ralentissement de l'expansion de de Sitter à une de quasi-de Sitter. En quatre dimensions, motivés par nos résultats en deux dimensions, nous paramétrisons l'action effective avec des habillements gravitationnels générales. Dans le cas des dimensions anormales constantes, le tenseur de moment conduit encore à une énergie du vide qui décline et une expansion de quasi-de Sitter de roulement lent. Les dimensions anormales sont calculables à priori dans une certaine théorie microscopique avec des méthodes semi-classiques. Même si les dimensions anormales sont petites en théorie des perturbations, leur contribution intégrée le long des plusieurs e-folds pourrait mener à des effets significatifs pendant la cosmologie primordiale
In this thesis we study the cosmological consequences of Weyl anomalies arising from the renormalization of composite operators of the fundamental fields, including the metric. These anomalies are encoded in the gravitational dressings of the operators in a non-local quantum effective action. We derive the evolution equations that follow from this action and look for cosmological solutions. For simplicity, we focus on Einstein-Hilbert gravity with a cosmological constant. We first consider two-dimensional gravity, where Liouville theory allows us to compute the gravitational dressing of the cosmological constant operator. Using a Weyl-invariant formulation, we determine the gauge-invariant but non-local effective action, and compute the corresponding non-local momentum tensor. The Weyl anomalies modify the full quantum momentum tensor, not only its trace, and hence lead to interesting effects in the cosmological dynamics. In particular, we find a decaying vacuum energy and a slow-down of the de Sitter expansion. In four dimensions, motivated by our results in two dimensions, we parametrize the effective action with scale-dependent gravitational dressings, and compute the general evolution equations. In the approximation of constant anomalous dimensions, the momentum tensor leads to a decaying vacuum energy and a slow-roll quasi-de Sitter expansion, just as in two dimensions. The anomalous dimensions are in principle computable in a given microscopic theory using semiclassical methods. Even though the anomalous dimensions are small in perturbation theory, their integrated effect over several e-folds could add up to something significant during primordial cosmology

Les systèmes autogravitants sont constitués de particules interagissant mutuellement par la gravité; ils décrivent la formation de structures dans l'univers. Comme conséquence de l'interaction à longue portée, les systèmes autogravitants ne sont pas homogènes même à l'équilibre thermodynamique. Nous avons étudié les systèmes autogravitants comportant plusieurs sortes de particules et les systèmes autogravitants en présence de la constante cosmologique $\Lambda$. Nous avons développé la mécanique statistique et l'approche du champ moyen décrivant la phase gazeuse. Nous avons explicitement calculé la densité de particules et les grandeurs thermodynamiques. Le stabilité de la phase gazeuse est étendue par la présence de $\Lambda$. Les calculs Monte Carlo reproduisent remarquablement bien les résultats du champ moyen.. La loi d'échelle des systèmes autogravitants comportant plusieurs sortes de particules a été trouvée; au point critique la dimension fractale est indépendante de leur composition et vaut $1.6...$~.

PILOT, pour Polarized instrument for Long Wavelength Observation od the Tenuous interstellar medium, est une expérience d'astrophysique embarquée sous ballon stratosphérique dont l'objectif principal est la mesure de l'émission polarisée de la lumière par les poussières du milieu interstellaire. Cette expérience permettra la cartographie du champ magnétique galactique à une résolution de l'ordre de la minute d'arc à une longueur d'onde de 240 µm (1.2 THz). La détection de la polarisation est réalisée à l'aide d'un polariseur placé à 45° dans le faisceau, le décomposant en deux composantes polarisées orthogonales chacune détectées par quatre matrices de 256 bolomètres, et d'une lame demi-onde rotative. Les observations de PILOT s'inscrivent en complément des observations effectuées à l'aide du satellite Planck, avec une meilleure résolution angulaire, et en complément des observations en polarisation menées au sol avec des instruments comme NIKA2 installé sur le télescope de 30m de l'IRAM. Cette thèse se divise en trois parties, la première étant consacrée à la présentation du contexte scientifique qui entoure l'instrument ainsi qu'à la présentation de l'instrument et des deux campagnes de vol ayant eu lieu à Timmins au Canada et Alice Spring en Australie. La deuxième partie se focalise sur les performances en vol de PILOT et la troisième partie présente le pipeline mis en place pour le traitement des données ainsi que les premières cartes en polarisation obtenues
PILOT, for Polarized instrument for Long Wavelength Observation of the Tenuous interstellar medium) is a stratospheric balloon astrophysics experiment whose main objective is the measurement of the polarized emission of light by the dust of the interstellar medium. This experiment will allow the mapping of the galactic magnetic field to a resolution of the order of one arcmin at a wavelength of 240 µm (1.2 THz). The polarization detection is carried out using a polarizer placed at 45° in the beam, decomposing it into two orthogonal polarized components each detected by four matrices of 256 bolometers, and a half-wave plate. The PILOT observations are in addition to the observations made using the Planck satellite, with better angular resolution, and in addition to polarization observations conducted on the ground with instruments such as NIKA2 installed on the IRAM 30m telescope. This thesis is divided into three parts, the first being devoted to the presentation of the scientific context surrounding the instrument as well as to the presentation of the instrument and the two flying campaigns that took place in Timmins in Canada and Alice Spring in Australia. The second part focuses on the inflight performance of PILOT and the third part presents the pipeline set up for data processing and the first polarization maps obtained