Les mystères de l'expansion accélérée de l'univers

par Radouane Gannouji

Thèse de doctorat en Constituants élémentaires de la matière

Sous la direction de David Polarski.

Soutenue en 2008

à Montpellier 2 .

mots clés

• Cosmologie
• Énergie sombre (astronomie)
• Gravitation
• Champs scalaires
• Perturbation (théorie quantique)

Résumé

Plusieurs étapes furent nécessaires à la construction du modèle standard de la cosmologie, de la vision de notre Univers, de la représentation de l'infiniment grand. De l'année 1915 avec l'élaboration de la relativité générale aux différentes observations de l'Univers, celles-ci ont permis d'imaginer un univers en expansion décélérée. Cependant, en 1998, deux équipes américaines mirent en lumière son accélération. Ce fait fût largement confirmé depuis lors. Ce pose alors une question simple, quelle en est la raison ? Pour cela de très nombreux modèles d'énergie noire furent élaborés. J'aborde ainsi dans cette thèse deux grands modèles. D'une part les théories scalaire-tenseur où l'on a pu construire différentes contraintes sur la viabilité du modèle; et d'autres part les théories dites f(R), où une modification de l'action par des termes géométriques entraîne une accélération de l'univers. La construction dans ces modèles de la fonction m(r) nous a permis par une méthode simple et élégante de rendre compte de l'évolution cosmologique de l'univers décrit par de tels lagrangiens. Ainsi de nombreux modèles jusqu'alors étudié furent rejeté, car ils ne possèdent pas de phase de matière. Enfin nous avons étudié la croissance des perturbations. En effet les perturbations à l'origine des grandes structures vont croitre différemment selon les modèles, selon l'Univers considéré. Nous avons ainsi mis en évidence une importante distinction entre les modèles d'énergie noire en relativité générale et les théories scalaire-tenseur. Des observations plus précises permettront alors de distinguer les théories de gravitation modifiée et les modèles d'énergie noire en relativité générale

Titre traduit

The mysteries of the accelerated expansion of the universe

Résumé

Several steps were necessary for the construction of the standard model of cosmology, the vision of our universe, the representation of the infinity. Since 1915 with Einstein's formulation of general relativity, various observations of the Universe have led to imagine an expanding decelerated universe. However, in 1998, two U. S. Teams pointed out an acceleration. This fact was largely confirmed since then. This raises a simple question, what is the reason for this recent acceleration of the universe? Many models of dark energy were developed in order to answer this question. I address in this thesis two major models. The first model is scalar-tensor theories where a scalar field is coupled to the graviton. Various constraints were built on the local viability of this model. Similarly, we have studied the f(R) theories. The construction in these models of the function m(r) gives us a simple and elegant method to describe the cosmological evolution of the universe implied by such lagrangians. Many models previously studied were rejected because they do not have a matter phase. Finally we study the growth of matter perturbations. Indeed the perturbations at the origin of large scale structures will grow differently according to the model and the universe considered. We have thus shown a very important distinction between models of dark energy in general relativity and scalar-tensor theories. More precise observations will enable to distinguish models of dark energy in general relativity and modified gravity