Neutrinos et Perturbations Cosmologiques

Présentation au sujet: "Neutrinos et Perturbations Cosmologiques"— Transcription de la présentation:

1 Neutrinos et Perturbations Cosmologiques
Réunion du GDR neutrino IPN, 14 juin 2005 Julien Lesgourgues (LAPTH, Annecy) collaborations avec Sergio Pastor (U. Valencia) +Patrick Crotty (LAPTH) +Laurence Perotto (APC, CdF)

2 Smn < 0.6 eV à 95% de confiance
cosmologie  meilleure contrainte actuelle sur l’échelle absolue de masse: Smn < 0.6 eV à 95% de confiance futur prometteur: sensibilité s ~ 0.03 eV Principe? Limites?

3 OBSERVATIONS (CMB, galaxy surveys, Ly-a, weak lensing)
Modèle cosmologique spectre des anisotropies du CMB (température, polarisation) spectre de puissance lineaire de la matière OBSERVATIONS (CMB, galaxy surveys, Ly-a, weak lensing)

4 impact du fond de neutrinos ?? Modèle cosmologique
spectre des anisotropies du CMB (température, polarisation) spectre de puissance lineaire de la matière OBSERVATIONS (CMB, galaxy surveys, Ly-a, weak lensing)

5 Le fond cosmologique de neutrinos
thermalisation avant le découplage, Tdec(νe)  2.3 MeV puis absence de collisions : Tdec(νμ,τ)  3.5 MeV fn = [ep/T+1]-1 régime relativiste : <p>= 3 kB Tn >> c mn rn = Nn (7/8) (p2/30) Tn4  a-4 Nn = 3.04 Tn = (4/11)1/3 Tg régime non-relativiste : rn = Si mni nni =(Si mni) nn  a-3 Mangano et al. 02

6 Impact cosmologique du fond de neutrinos
interaction gravitationnelle entre n et autres espèces impact au niveau: du fond homogène des perturbations

7 … au niveau du fond homogène:
masse  moment de l’égalité  spectres de puissance effet ~ Wn ~ (Smn) / (50 eV) ln a ln r BBN n <p>=3kBTn=mn rn  NnTn4 rn  (Si mni) Tn3 total (H0 , k) L CDM & b g (Tg) égalité aujourd’hui

8 … au niveau des perturbations:
diffusion libre (free-streaming) des neutrinos

9 … au niveau des perturbations:
baryon et CDM en effondrement gravitationnel

10 … au niveau des perturbations:
baryon et CDM en effondrement gravitationnel Neutrinos <v>=c ou <p>/m

11 … au niveau des perturbations:
baryon et CDM en effondrement gravitationnel Neutrinos <v>=c ou <p>/m effacement des surdensités: effectif en-dessous d’une longueur d’onde caractéristique donnée par <v> efficacité augmente avec la masse ~ (Smn) / (1 eV) (attraction de baryons/CDM hors des puits)

12 Effect total + mesure de Smn changement de Wn free-streaming CMB
grandes structures mesure de Smn (Wn+ WL fixés, Wn ~ 0.02, S mn ~ 0.9 eV)

13 Comment observer le spectre de puissance de la matière?
catalogues de galaxies  dr/r(x)  spectre de puissance Percival et al. 02 linéaire non-linéaire dr/r< dr/r ~ 1 60 Mpc biais matière/luminosité .… coordonnées 3D de galaxies

14 Comment observer le spectre de puissance de la matière?
forêt Lyman-a dans le spectre des quasars principe : Lyman-a absorption by neutral hydrogen at different z (local density, T)

15 Comment observer le spectre de puissance de la matière?
lentillage faible des galaxies (… et du CMB!) expected power spectrum of deflection field from sources at z ~ 0.2, 0.6, … 3.0 (error for LSST) from sources at z ~ 1100 (CMB) (error for CMBpol) linear

16 Limites actuelles sur l’échelle de masse
Cosmologie écran suivant… Tritium beta decay < 2.3 eV Neutrinoless double beta decay < eV KATRIN: 0.2 eV ?? (2s) dep. des phases CP, Dirac/Majorana

17 Limites actuelles sur l’échelle de masse
PAS DE « LIMITE COSMOLOGIQUE » UNIQUE !!! dépend de l’ensemble de données considéré dépend du modèle cosmologique sous-jacent

18 Limites actuelles Σmν (eV) at 95%CL données utilisées
pour scénario minimal à 3-n : modèle à 7 paramètres Σmν (eV) at 95%CL données utilisées SDSS Coll. PRD 69 (2004) < 1.8 WMAP, SDSS Hannestad JCAP 0305 (2003) 004 < 1.01 WMAP, other CMB, 2dF, HST Crotty, JL & Pastor PRD 69 (2004) < 0.6 WMAP, other CMB, 2dF, SDSS, HST WMAP Coll. ApJ Suppl 148 (2003) 17 < 0.7 + biais Seljak et al. astro-ph/ < 0.42 + biais , Ly-α from SDSS

19 Limites actuelles Σmν (eV) at 95%CL données utilisées
pour scénario minimal à 3-n : modèle à 7 paramètres Σmν (eV) at 95%CL données utilisées SDSS Coll. PRD 69 (2004) < 1.8 WMAP, SDSS Hannestad JCAP 0305 (2003) 004 < 1.01 WMAP, other CMB, 2dF, HST Crotty, JL & Pastor PRD 69 (2004) < 0.6 WMAP, other CMB, 2dF, SDSS, HST WMAP Coll. ApJ Suppl 148 (2003) 17 < 0.7 + bias Seljak et al. astro-ph/ < 0.42 + bias , Ly-α from SDSS paramètres supplémentaires dégénérescences limite croît d’un facteur < 2 (e.g. radiation supplémentaire, tilt running,…)

20 Perspectives future CMB + weak lensing Planck + completed SDSS
maintenant