La Cosmologie avec Planck

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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), 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) (+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) François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

2 La Cosmologie observationnelle
Retour en 1997 (1ère présentation devant le CS) Prédictions précises modèles + codes de simulation hydrodynamique Mesures qualitatives (âge de l’Univers imprécis, facteur 2 sur H0, W?, L?,inflation ?, réionisation ?) Depuis : SN1a ® L 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 François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

3 La cosmologie en un clin d’œil
Éléments du modèle dit « de concordance » Propagation d’ondes dans un plasma peu dense Transparence du milieu aux photons Germes des inhomogénéités Croissance des structures Découplage des photons Big-bang, inflation François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

4 Complémentarité !!! Cerner le modèle par tous les moyens
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

5 Complémentarité bis !!! Cerner le modèle par tous les moyens
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

6 De la phénoménologie à 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 Domaines couplés + en commun avec la physique des particules : neutrinos, LSP, théories « à haute énergie », ondes gravitationnelles… Un joli programme de travail pour les 30 ? Prochaines années François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

7 Le ciel « millimétrique»
Pour séparer les différents effets, Planck comporte 10 bandes de fréquence, de 30 à 1000 GHz Effets dits « d’avant- plan » Phénomène recherché (spectre de corps noir à 2,7 K) Domine la brillance du ciel autour de 150 GHz 1965 Penzias & Wilson / 1992 COBE / 2000 Boomerang & Maxima François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

8 COBE François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

9 Visible - 3 µ µ MHz François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

10 WMAP 23 GHz - 41GHz - 94 GHz François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

11 A plus haute fréquence : ARCHEOPS
12 heures de données 7 Février 2002 First submillimetric maps at 15 arcmin resolution, 30% sky 545 GHz 550 m 353 GHz 850 m Polarized 217 GHz 1.4 mm 143 GHz 2.1 mm François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

12 Planck Orsay, fin janvier 2004
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

13 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 François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

15 Plans focaux WMAP/HFI François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

16 Stratégies de balayage
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

17 Avant-Après WMAP 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...) François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

19 Sensibilité à ns ns=1–6e+2h
François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

20 Sensibilité à des déviations / loi de puissance
A titre d’illustration… 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.) 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.) 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 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 François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

25 Publicité (faible) Gain d’un ordre de grandeur en précision
Autre voie : Contrôler plus de paramètres 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… François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

27 Masses des neutrinos Meilleure préci- sion avec le lensing Suppose des
masses nulles H0 très corrélé à mn (trois familles dégénérées) Biais important si erreur sur la hierarchie de masses (analyse avec 1 seul neutrino massif) voir la thèse d’Alexandre Bourrachot (qui sera soutenue le 22 septembre) 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 François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

29 projections François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004

30 Contraintes sur l’énergie sombre
…en réponse à la question de Michel Spiro François Couchot, CS IN2P3, 12 juillet 2004