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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 1
La Cosmologie avec Planck
• Évolution de la discipline depuis 1997 du qualitatif au quantitatif
•Comparaison Planck/WMAP•Avant plans, re-ionisation, et Univers primordial•Non gaussiannité, et aspects liés au neutrino
Exposé préparé (surtout) à partir du Planck Blue Book (à paraître),Exposé préparé (surtout) à partir du Planck Blue Book (à paraître),de l’exposé sur WMAP de Al Kogut au récent colloque de l’IAP,de l’exposé sur WMAP de Al Kogut au récent colloque de l’IAP,et de la thèse d’Alexandre Bourrachot (qui sera soutenue le 22 septembre)et de la thèse d’Alexandre Bourrachot (qui sera soutenue le 22 septembre)
(+Mercis à N. Aghanim, J. Bartlett, J.-P. Bernard, F. Bouchet, A. Ealet, J. Kaplan,(+Mercis à N. Aghanim, J. Bartlett, J.-P. Bernard, F. Bouchet, A. Ealet, J. Kaplan, G. Lagache, O. Perdereau, N. Ponthieu et J.-L. Puget) G. Lagache, O. Perdereau, N. Ponthieu et J.-L. Puget)
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 2
La Cosmologieobservationnelle
• Retour en 1997 (1ère présentation devant le CS)– Prédictions précises modèles + codes de simulation
hydrodynamique– Mesures qualitatives (âge de l’Univers imprécis, facteur sur
H0?,inflation ?, réionisation ?)
• Depuis : – SN1a dominant– Boomerang/Maxima Univers plat– WMAP : 3 pics acoustiques + corrélations TE– Grandes structures bottom-up
• Modèle de concordance, en accord avec :– CMB– Observations sur les galaxies et les amas à grand décalage
spectral– SN1a– Mesure directe de H0
– Nucléosynthèse primordiale
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 3
La cosmologie en un clin d’œil
Germes desinhomogénéités
Big-bang, inflation
Découplage des photonsCroissance des structures
Transparencedu milieuaux photons
Propagation d’ondesdans un plasma peu dense
Éléments du modèle dit « de concordance »Éléments du modèle dit « de concordance »
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 4
Cern
er
le m
od
èle
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tou
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Cern
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èle
par
tou
s les
moyen
sm
oyen
sComplémentarité !!!Complémentarité !!!
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 5
Cern
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par
tou
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Cern
er
le m
od
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tou
s les
moyen
sm
oyen
sComplémentarité bis !!!Complémentarité bis !!!
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 6
De la phénoménologieà la modélisation
physique
• Nature de la matière Sombre (particules?, lesquelles ?)
• Physique des amas• Nature de l’énergie Sombre• Histoire de l’(re-)ionisation• Physique de l’univers primordial
Un joli programme de travail pour les 30 ? Un joli programme de travail pour les 30 ? Prochaines annéesProchaines années
+ en commun avec la physique des particules :neutrinos, LSP, théories « à haute énergie », ondes gravitationnelles…
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 7
Le cielLe ciel« millimétrique»« millimétrique»
Effets dits« d’avant-plan »
Phénomènerecherché(spectre decorps noir à 2,7 K)
Domine la brillance du ciel autourde 150 GHz
Pour séparerles différents effets,Planck comporte10 bandes de fréquence, de 30à 1000 GHz
1965 Penzias & Wilson / 1992 COBE / 2000 Boomerang & Maxima1965 Penzias & Wilson / 1992 COBE / 2000 Boomerang & Maxima
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 8
COBE
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 9
Visible - 3 µ - 240 µ - 408 MHz
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 10
WMAP 23 GHz - 41GHz - 94 GHz
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 11
A plus haute fréquence :ARCHEOPS
545 GHz550 m
353 GHz850 m
Polarized
217 GHz1.4 mm
143 GHz2.1 mm
First submillimetric maps at 15 arcmin resolution, 30% sky
12 heures de données
7 Février 2002
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 12
PlanckPlanck
Orsay, fin janvier Orsay, fin janvier 20042004
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 13
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 14
Planck/WMAP
• Mesure différentielle pour WMAP, meilleure stabilité pour Planck
• Résolution angulaire 3fois meilleure• Sensibilité 100 fois meilleure• Bonne séparation des composantes• Meilleure redondance dans la mesure de la
polarisation
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 15
Plans focaux WMAP/HFI
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 16
Stratégies de balayage
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 17
Avant-Après WMAP
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 18
WMAP - Planck
• Grand bras de levier en l (ns,dns/d(logk )• Mesure complète de la « damping tail » (levée de
dégénérescences)
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 19
Sensibilité à ns
ns=–
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 20
Sensibilité à des déviations / loi de puissance
• A titre d’illustration…
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 21
Corrélations T - E
• Soustraction de la polarisation de la poussière essentielle à bas l (Archeops, Ponthieu et al.)
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 22
Corrélations T - E
• Soustraction de la polarisation de la poussière essentielle à bas l (Archeops, Ponthieu et al.)
![Page 23: François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 1 La Cosmologie avec Planck Évolution de la discipline depuis 1997 du qualitatif au quantitatif Comparaison](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9da3497959293b8d3996/html5/thumbnails/23.jpg)
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 23
Spectre en E et ionisation
• + Mesures sur quasars• Besoin d’observations
« directes » d’objets à très grand z ?
• Codes de simulation
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François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 24
Spectre de B et r
• Possibilité d’exclure les modèles d’inflation à champ fort
• Teste la physique à 1016 GeV
![Page 25: François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 1 La Cosmologie avec Planck Évolution de la discipline depuis 1997 du qualitatif au quantitatif Comparaison](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9da3497959293b8d3996/html5/thumbnails/25.jpg)
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 25
Publicité (faible)
Autre voie :
Contrôler plus de paramètres
Gain d’un ordre de grandeur en précision
![Page 26: François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 1 La Cosmologie avec Planck Évolution de la discipline depuis 1997 du qualitatif au quantitatif Comparaison](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9da3497959293b8d3996/html5/thumbnails/26.jpg)
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 26
Effets de lentille sur les structures
• Planck sensible à z ~ 1,• Le spectre des déflections est accessible à
travers la fonction de corrélation à 4 points,• Transforme du E en B,• Donne une autre mesure du P(k)
– à croiser avec les résultats des catalogues,– Sensibilité à masse des neutrinos, équation
d’état de l’énergie sombre…
![Page 27: François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 1 La Cosmologie avec Planck Évolution de la discipline depuis 1997 du qualitatif au quantitatif Comparaison](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9da3497959293b8d3996/html5/thumbnails/27.jpg)
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 27
Masses des neutrinos
Suppose des
masses nulles
voir la thèse d’Alexandre Bourrachot voir la thèse d’Alexandre Bourrachot (qui sera soutenue le 22 septembre)(qui sera soutenue le 22 septembre)
H0 très corrélé
à m
(trois familles dégénérées)
Meilleure préci-sion avec
le lensing
Biais important si erreur sur la hierarchie de masses (analyse avec 1 seul neutrino massif)
![Page 28: François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 1 La Cosmologie avec Planck Évolution de la discipline depuis 1997 du qualitatif au quantitatif Comparaison](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9da3497959293b8d3996/html5/thumbnails/28.jpg)
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 28
Conclusion
• Planck/WMAP >> WMAP/pre-WMAP• Nombreux tests de cohérence interne des
mesures de Planck• Besoin de bien vérifier la compréhension
l’ensemble de la cosmologie avant de contraindre formellement l’inflation (tests de cohérence « externe »)
• Retombées intéressantes en physique du neutrino
![Page 29: François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 1 La Cosmologie avec Planck Évolution de la discipline depuis 1997 du qualitatif au quantitatif Comparaison](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9da3497959293b8d3996/html5/thumbnails/29.jpg)
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 29
projections
![Page 30: François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 1 La Cosmologie avec Planck Évolution de la discipline depuis 1997 du qualitatif au quantitatif Comparaison](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9da3497959293b8d3996/html5/thumbnails/30.jpg)
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004 30
Contraintes sur l’énergie sombre
…en réponse à la question de Michel Spiro