Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 1 Le principe de CosmoMC quatre membres du groupe de cosmologie du LAPTH:

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1 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 1 Le principe de CosmoMC quatre membres du groupe de cosmologie du LAPTH: – J. Lesgourgues (CNRS – en détachement au CERN) –J. Hamann (post-doc) –W. Valkenburg (thésard) –M. Acero (thésard en co-tutelle, docteur depuis janvier 2009) 12 publications avec MUST, dont 5 depuis un an: –11 publications avec le programme CosmoMC –1 publication avec un programme indépendant de W. Valkenburg Cosmologie avec MUST en 2008-2009

2 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 2 Le principe de CosmoMC Le problème: –on dispose de nombreuses observations de l’Univers à différentes époques: –on veut en déduire ses charactérisques globales (composition, etc.) et son histoire globale COSMOMC

3 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 3 Le principe de CosmoMC Le principe: –on ne peut pas partir des observations et remonter le temps: –mais on peut:  faire l’hypothèse d’un modèle (=“scénario cosmologique”)  spécifier les paramètres du modèle (=“paramètres cosmologiques”) : entre 6 et 15 paramètres suivant les modèles)  faire tourner un code pour simuler l’évolution globale de cet Univers (prend environ 2-3 minutes)  voir si le résultat ressemble ou non aux vrais données  en déduire si le modèle de départ est bon ou mauvais Modèle cosmologique ?=?= COSMOMC

4 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 4 Le principe de CosmoMC La méthode: –le code:  explore l’espace des paramètres  pour chaque point dans cet espace, simule cet Univers et le compare aux données expérimentales  en déduit la distribution de probabilité de chaque paramètre –c’est un processus complexe en raison du grand nombre de paramètres (5 à 15) –tout dépend de l’algorithme d’exploration:  un algorithme naif aurait besoin de ~10 15 itérations x 3 mn…(temps total > à l’âge de l’Univers!)  les meilleurs algorithmes ont besoin de 10 4 à 10 5 itérations (12h à une semaine suivant les modèles) COSMOMC

5 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 5 Le principe de CosmoMC CosmoMC utilise un des meilleurs algorithmes connus (Metropolis-Hastings):  Chaque processeur décrit une marche aléatoire dans l’espace des paramètres (= chaîne de Markhov), avec une “attirance” pour les régions en bon accord avec les données.  Les processeurs communiquent entre eux avec MPI. Ils mettent en commun les informations acquises par chacun sur la localisation des bonnes régions dans l’espace des paramètres, ce qui permet d’accélérer le processus.  Lorsque toutes les chaînes prédisent la même probabilité pour les paramètres cosmologiques, le processus a convergé et s’arrête. On en déduit les paramètres cosmologiques en accord avec les observations, avec valeur centrale et barre d’erreur. COSMOMC

6 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 6 Le principe de CosmoMC Nouveau résultats depuis un an : 1.Contraintes sur les neutrinos stériles légers: Cosmological constraints on a light non-thermal sterile neutrino. Mario A. Acero, Julien Lesgourgues. LAPTH-1294-08. Published in Phys.Rev.D79:045026,2009.  Expériences sur les oscillations de neutrinos donnent des résultats cohérents à l’exception de quelques anomalies (MiniBooNE, Gallium, LSND) généralement attribuées à des erreurs systématiques, mais aussi parfois à des oscillations entre >3 neutrinos (neutrinos supplémentaires = stériles, donc invisible au LEP). Compatibilité avec cosmologie?  Fit des données cosmologiques avec un 4ième neutrino (stérile), masse variable, température (et autres paramètres) variables. COSMOMC

7 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 7 Le principe de CosmoMC Nouveau résultats depuis un an : 1.Contraintes sur les neutrinos stériles légers:  Pour chaque masse, limite sur la température (ou autre): COSMOMC

8 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 8 Le principe de CosmoMC Nouveau résultats depuis un an : 2.Contraintes sur la matière noire tiède: Lyman-alpha constraints on warm and on warm-plus-cold dark matter models. Alexey Boyarsky, Julien Lesgourgues, Oleg Ruchayskiy, Matteo Viel. LAPTH-1290-08. Published in JCAP 0905:012,2009. Realistic sterile neutrino dark matter with keV mass does not contradict cosmological bounds. Same authors. LAPTH-1290-08. Published in PRL102:201304,2009.  La matière noire se décompose peut-être en composantes froide et tiède (= avec une dispersion de vitesse importante, typiquement en raison d’une faible masse de l’ordre du keV). Même si la matière noire est composée d’une seule particule, la production peut se faire en deux temps avec deux méchanismes différents, aboutissant à ces deux composantes (motivations théoriques raisonnables, e.g. pour le gravitino, l’axino, ou un neutrino stérile lourd). COSMOMC

9 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 9 Le principe de CosmoMC Nouveau résultats depuis un an : 2.Contraintes sur la matière noire tiède:  Contraintes sur la dispersion de vitesse et l’abondance relative de la compostane tiède: COSMOMC

10 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 10 Le principe de CosmoMC Nouveau résultats depuis un an : 3.optimisation du “code de prediction théorique” pour l’analyse des futures données du satellite Planck: Optimising Boltzmann codes for the Planck era. Jan Hamann, Amedeo Balbi, Julien Lesgourgues, Claudia Quercellini. LAPTH-1317-09. Published in JCAP 0904:011,2009.  L’espace des paramètres se compose maintenant d’une trentaine de paramètres contrôlant la vitesse et la précision du “simulateur d’univers” CAMB (inclu dans CosmoMC). CosmoMC effectue une marche aléatoire avec l’algorithme habituel, afin de trouver les paramètres donnant une précision suffisante pour Planck en un temps minimum (ici, simple problème d’optimisation). L’article contient aussi une analyse de données simulées de Planck. COSMOMC

11 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 11 Le principe de CosmoMC Nouveau résultats depuis un an : 4.Code de simulation d’un univers inhomogène Swiss Cheese and a Cheesy CMB. Wessel Valkenburg. LAPTH- 1318-09. Accepted in JCAP.  Idée: dans l’univers, obrservation d’inhomogénéités (vides + filaments). Contraste de densité inconnu car on ne voit pas la matière noire. Cosmologie standard: contraste relativement faible. Modèle “swiss-cheese” proposé recemment: les contrastes sont beaucoup plus grand que prévu; leur impact sur la propagation des photons simule une accélération apparente (solution au problème de l’énergie noire).  Objectif: démontrer que cette idée ne marche pas, car la carte du CMB (température du rayonnement fossile du Big Bang) serait trop inhomogène. Code de simulation d’un univers inhomogène

12 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 12 Le principe de CosmoMC Nouveau résultats depuis un an : 4.Code de simulation d’un univers inhomogène  Méthode: production de cartes du CMB et de la distance de luminosité, pour chaque pixel -> simulation d’une géodésique traversant les sous/sur-densités. Code parallélisé mais sans MPI.  Résultat: modèle exclu! Code de simulation d’un univers inhomogène

13 Enabling Grids for E-sciencE EGEE-II INFSO-RI-031688 Julien Lesgourgues (LAPTH) 13 Le principe de CosmoMC Plusieurs publications en préparation… Manque de motivation pour passer en mode grille (tentative en 2007 a soulevé de nombreuses difficultés, vu la taille des fichiers input/output, la nécéssité de MPI, etc.) 1000 mercis à Cecile Barbier et Eric Fede pour le support très réactif et efficace!