Confronting models with cosmic perturbations : cosmological perturbations in earliest and largest stages

par Wessel Valkenburg

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Julien Lesgourgues et de Pierre Salati.

Soutenue en 2009

à Chambéry .

  • Titre traduit

    Confronter des modèles avec des perturbations cosmiques : perturbations cosmologiques dans les étapes premières et les plus tardives


  • Résumé

    Cette thèse illustre les nombreuses possibilités permettant de relier les perturbations cosmologiques aux modèles théoriques décrivant I'univers. Aujourd'hui, nous observons ces perturbations cosmologiques sous des formes diverses. Les observations considérées dans cette thèse sont les anisotropies du rayonnement de fond cosmologique (CMB) et la distribution de matière dans I'univers (galaxies et amas de galaxies). Si à un temps initial, I'univers consistait en un plasma homogène et isotrope de matière et de rayonnement, il serait toujours homogène et isotrope aujourd'hui. Les perturbations cosmologiques n'existeraient pas. Cependant, nous les observons. Le mécanisme de génération des perturbations considéré comme Ie plus plausible est Ie paradigme de I'inflation. Nous introduisons de nouveaux outils pour tester I'inflation. Nous sommes allés au-delà des approximations analytiques, et avons obtenu les contraintes sur Ie potentiel de I'inflation les plus robustes publiées à ce jour. Une fois les perturbations cosmologiques engendrées, elles continuent d'évoluer. Le CMB porte I'emprunte de ces perturbations telles qu'elles étaient au moment du découplage des photons. Par la suite, les photons ont voyagé librement à travers I'univers, en interagissant encore gravitationnellement avec les fluctuations de matière qu'ils traversaient. Nous avons montré que cet effet secondaire peut être utilisé pour améliorer les contraintes sur la masse totale des neutrinos. Nous avons aussi montré qu'il est à l'origine de plusieurs problèmes pour une classe de modèles cosmologiques dans lesquels les inhomogénéités de I'univers pourraient expliquer I'accélération apparente de son expansion : Ie modèle d'univers à bulles (swiss-cheese universe). Dans cette thèse, I'univers à bulle - tel qu'il a été définit dans la littérature - est infirmé. Les perturbations cosmologiques sont une source très riche d'informations sur I'évolution physique de notre univers.


  • Résumé

    This thesis exemplifies the many possibilities that are to be explored, relating cosmic perturbations to theoretical models of the universe. Today we observe cosmic perturbations in several ways. The two ways that are under consideration in this thesis, are the temperature anisotropies in the Cosmic Microwave Background (CMB) and distribution of matter in the universe, in the form of galaxies and clusters of galaxies. If the universe started out as a truly homogeneous and isotropic plasma of matter and radiation, as we know it on earth, embedded in a space time described by general relativity, then the universe would still be homogeneous and isotropic today. In other words, cosmic perturbations would not exist. Yet we observe them. The, for now, most plausible explanation for the origin of these perturbations is the paradigm of inflation. In this thesis we demonstrate new tools for probing inflation. We have gone beyond previously developed analytical approximations, and obtained the most consistent, most reliable and most unprejudiced constraints on the inflaton potential to date. Once the cosmic perturbations exist, their evolution continues. The CMB is created with an imprint of the cosmic perturbations as they evolved up to the time of decoupling of the CMB. Beyond that moment, the CMB photons freely travel through the universe, yet still weakly interact with the perturbations they travel through. We have shown that this secondary effect can be used to tighten constraints on the total mass of the neutrino. We have also shown that this secondary effect points out a weakness of a class of cosmologies in which the inhomogeneity of the universe is related to the apparent acceleration of the expansion of the universe : the Swiss-Cheese universe. In this thesis, the Swiss-Cheese model is ruled out in its present form. Altogether, cosmic perturbations are a rich source of information on the physics of the universe.

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2009 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Confronting models with cosmic perturbations : cosmological perturbations in earliest and largest stages

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  • Détails : 1 vol. (166 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 153-166

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  • Cote : 09 CHAM MS20
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