De la constante cosmologique à
l'énergie noire (pdf) F. Bernardeau (CEA/DSM/IPhT)
1. Constante cosmologique :
perspective historique |
2. La constante cosmologique comme
contre-effets des
fluctuations de métrique ? |
Résumé : L'objectif
de cette présentation est de donner quelques perspectives
historiques sur l'introduction de la constante cosmologique dans la
théorie de la relativité générale et la
manière dont sa perception a évoluée au cours des
dernières décennies. Cette présentation
s'attachera à rappeler les raisons qui nous amènent
à réintroduire la constante cosmologique ou plutôt
à ce qu'il est maintenant convenu d'appeler l'énergie
noire et à souligner les questions que l'existence d'une telle
constante pose. On verra c'est en fait toute la construction de la
cosmologie moderne que nous sommes finalement contraints de revisiter,
du principe cosmologique à notre compréhension de la
physique des hautes énergies. Après avoir dressé
le tableau des différentes pistes qui s'offrent à nous,
je m'attacherai à explorer plus avant des solutions
géométriques que la relativité
générale pourrait offrir.
The effect of non-linear structure
formation as an alternative to dark energy (ppt) S. Rasanen (Univ. de
Génève)
1. Brief overview of the observations
2. The
effect of inhomogeneity/anisotropy on the expansion
rate
3.
Understanding acceleration due to structure formation
physically |
4. Evaluating the magnitude of
the effect of structure
formation on the expansion rate
5. Conclusions |
Résumé :
Observations of the late-time universe are inconsistent with
homogeneous and isotropic models of the universe with ordinary
matter and gravity. This is usually interpreted as evidence of an
exotic matter component or modified gravity. However, the formation of
non-linear structures affects the expansion of the universe, and it has
a preferred timescale near the observed acceleration era. I will review
the possibility that structure formation could explain the observations
without any new physics.
- Ellis G F R,
"Relativistic cosmology: its nature, aims and problems", 1984, in: "The
invited papers of the 10th international conference on general
relativity and gravitation", p 215
- Ellis G F R and Stoeger
W, "The 'fitting problem' in cosmology", 1987, Class. Quant. Grav 4,
1697
- Buchert T and Ehlers J,
"Averaging inhomogeneous cosmologies", astro-ph/9510056
- Buchert T, "On average
properties of inhomogeneous fluids in general relativity I: dust
cosmologies", gr-qc/9906015
- Rasanen S, "Accelerated
expansion from structure formation", astro-ph/0607626 (There is a
concise 6-page version with the main details: astro-ph/0605632.)
- Rasanen S, "Evaluating
backreaction with the peak model of structure formation",
arXiv:0801.2692 (There is a concise 6-page version with the main
details: arXiv:0805.2670.)
MOND et les Galaxies. (pdf) F. Combes (LERMA)
1. Courbes de rotation
2. Vitesse
d'echappement
3.
Dynamique des galaxies, stabilité, barres,
spirales
4.
Interactions de galaxies, fusions et formation
d'étoiles
5.
Distribution des satellites, warps, accrétion
|
6. Groupes compacts de
galaxies
7. Amas de
galaxies
8. Les
rencontres entre amas
9.
Evolution en fonction du redshift
|
Résumé :
La théorie de gravité modifiée MOND,
proposée par Milgrom en 1983, est une des théories qui
représente le mieux la physique des galaxies, en particulier les
courbes de rotation, sans aucune matière noire, et avec un seul
paramètre ou fonction mu(x) de transition entre régime
Newtonien et MONDien. Nous montrerons comment la dynamique des galaxies
peut tester cette proposition: en effet, la stabilité des
galaxies est complètement modifiée, puisque les baryons
dans le disque sont complètement auto-gravitants, et ne
bénéficient pas de la stabilisation d'un halo de
matière noire plus ou moins sphérique. Nous examinerons
la fréquence des barres et la confrontation avec les
statistiques venues des observations. Les interactions de galaxies ne
se passent pas du tout comme dans le modèle CDM, la friction
dynamique étant moins efficace. La forme à 3D des
potentiels gravitationnels est aussi un test de la théorie. Les
groupes et les amas de galaxies constituent aussi des terrains de
probation des théories de gravité modifiée, et
nous envisagerons l'évolution au cours du temps de Hubble.
* Site web
o The MOND pages
(S. McGaugh) http://www.astro.umd.edu/~ssm/mond/ (and extensive
literature in it)
* Article de revue
o Modified
Newtonian Dynamics as an Alternative to Dark Matter. Sanders, R.H.,
& McGaugh, S.S. 2002, ARA&A, 40, 263
* Dynamique des galaxies
o Evolution of
spiral galaxies in modified gravity. Tiret & Combes, 2007,
A&A 464, 517
o Tidal dwarf
galaxies as a test of fundamental physics. Gentile, G., Famaey,
B., Combes, F., Kroupa, P., Zhao, H. S., Tiret, O.2007 A&A 472 L25
Accélération cosmique et
théories f(R) de la gravitation. (pdf) N. Deruelle (APC)
Résumé : L'objet de
cet exposé sera de présenter succinctement les
caractères principaux des théories de la gravitation
fondées sur un lagrangien fonction de la courbure (et non
simplement linéaire en R comme en théorie
d'Einstein). J'insisterai en particulier sur l'équivalence de
ces théories avec les théories scalaires-tenseurs
(ou la gravité est représentée par une
métrique et un champ scalaire). Je survolerai ensuite les
différents modèles cosmologiques déduits de ces
théories qui ont été proposés ces
dernières annees dans le but d'"expliquer" l'énergie
noire. Comme nous le verrons la plupart de ces modèles sont
réfutés car ils sont en contradiction flagrante avec les
tests de la gravitation dans le système solaire.
- "Problems
with Modified Theories of Gravity, as Alternatives to Dark Energy",
Norbert Straumann, arXiv:0809.5148v1 [gr-qc] 30 Sep 2008
- "f(R)
gravity: successes and challenges", Valerio Faraoni, arXiv:0810.2602v1
[gr-qc] 15 Oct 2008
- Notes de
Cours de Gilles Esposito-Farese sur le site http://luth2.obspm.fr/IHP06/
(cliquer
sur
"Courses",
puis sur "Gravitation: theories and
experiments". Le cours de Gilles Esposito-Farese est en
"Part 2".
Physique des Particules et Energie Noire.
(pdf) J. Martin (IAP)
Résumé : Dans
ce cours, je discuterai s'il est possible de comprendre
l'énergie noire, en particulier le champs de quintessence, du
point de vue de la physique des particules. Comme il n'existe pas de
candidat en physique des particules standard, j'etudierai cette
question dans le cadre des extensions supersymetriques du modele
standard qui représentent les scénarios les plus naturels
au-dela du modèle standard. Je montrerai en particulier que,
étant donné les propriètés "astrophysiques"
de l'énergie noire, la construction d'un tel modèle
apparait très difficile.
- Energie
Noire : Weinberg S, Rev Mod Phys 61, 1 (1989) hep-th/0603057
-
Quintessence : Ratra B and Peebles PJE, PRD 37 3406 (1988)
-
Quintessence et physique des particules : arXiv:0802.1601,
hep-th/0605228, astro-ph/0606306, astro-ph/0410190, astro-ph/9912046,
astro-ph/9905040
- SUSY
models : Nilles HP, Phys. Rept 101, 1 (1984), hep-ph/9709356
Les thématiques de matière
noire et énergie noire sont-elles deux aspects d'un même
problème ?. (pdf)
C. Boehm (LAPTh)
1. Preuves de l'existence de la matière noire.
2. Nature
de la matière noire (physique des
particules vs modification de la gravité).
3.
Tentative de connexion matière
noire-énergie sombre.
|
4. Expériences de physique
des particules et
astroparticules en cours et à venir: peuvent-elles
répondre à la question d'une possible connexion entre ces
deux substances.
5.
Conclusion et perspectives.
|
Résumé : L'existence
de deux substances inconnues et de nature differente dans l'Univers
pose le problème de leur origine. Sont-elles deux aspects d'un
même problème ou bien deux substances totalement
différentes? Dans ce cours je présenterai les travaux
visant a les connecter et discuterai la validité d'une telle
approche en fonction des résultats des expériences de
physique des particules et astroparticules en cours et à venir.
- Detecting dark
matter-dark energy coupling with the halo mass function.
- P.M. Sutter, P.M.
Ricker . Apr 2008. 5pp. arXiv:0804.4172 [astro-ph]
- Dark Interactions and
Cosmological Fine-Tuning.
- Miguel Quartin,
Mauricio O. Calvao, Sergio E. Joras, Ribamar R.R. Reis, Ioav Waga . Feb
2008. 12pp. Published in JCAP 0805:007,2008. e-Print: arXiv:0802.0546
[astro-ph]
- Dynamics of dark energy
with a coupling to dark matter.
- Christian G. Boehmer
(University Coll. London) , Gabriela Caldera-Cabral (Portsmouth U.,
ICG) , Ruth Lazkoz (Basque U., Bilbao) , Roy Maartens (Portsmouth U.,
ICG) . Jan 2008. 11pp. Published in Phys.Rev.D78:023505,2008.
e-Print: arXiv:0801.1565 [gr-qc]
- Dark energy and dark
matter.
- D. Comelli (INFN,
Ferrara) , M. Pietroni, A. Riotto (INFN, Padua) . DFPD-TH-03-05, Feb
2003. 4pp. Published in Phys.Lett.B571:115-120,2003. e-Print:
hep-ph/0302080
- Probing the Coupling
between Dark Components of the Universe.
- Zong-Kuan Guo,
Nobuyoshi Ohta (Kinki U., Osaka) , Shinji Tsujikawa (Gunma Coll. Tech.)
. KU-TP-012, Feb 2007. 8pp.
- Published in
Phys.Rev.D76:023508,2007. e-Print: astro-ph/0702015
- A New generalized
Chaplygin gas as a scheme for unification of dark energy and dark
matter.
- Xin Zhang, Feng-Quan Wu
, Jingfei Zhang (Liaoning Normal U. & Beijing, Inst. High Energy
Phys.) . Nov 2004. 11pp.
- Published in JCAP
0601:003,2006. e-Print: astro-ph/0411221
La quête du cinquième
élément : des indices astrophysique en faveur de
l’énergie noire (pdf1, pdf2, pdf3). A. Blanchard (LATT)
1.
Les
données
classiques en faveur de l'énergie noire et
le modèle de Concordance.
2. Biais
potentiels sur les observations astrophysiques.
3. Un outil
cosmologique : les amas de galaxies.
4. Fraction
de baryons
5.
Evolution de la fraction de baryons
|
6. Evolution de l'abondance
des amas
7. Einstein
de Sitter: Une alternative possible ?
8. Autres
alternatives ?
9.
Conclusions
|
Résumé :
Les observations actuelles issues de données astrophysiques
indiquent que l'univers en dans une phase d'expansion
accélérée. L'existence d'un terme
d'accélération a de profondes conséquences pour
la physique fondamentale. Or il semble que seules les
données astrophysiques seront à même de mieux
comprendre cette nouvelle composante de l'Univers. Il est donc
essentiel de s'assurer de la robustesse dans l'interprétation
des données astrophysiques. Ce cours présentera donc une
lecture critique des principales évidences astrophysiques en
faveur de la constante cosmologique.
- An
alternative to the cosmological ``concordance model'', Blanchard, A.;
Douspis, M.; Rowan-Robinson, M.; Sarkar, S. A&A, 412, 35
-
Multiple
inflation
and
the WMAP ``glitches''. II. Data analysis and
cosmological parameter extraction, Hunt, Paul; Sarkar, Subir, PhRvD,
76, l3504
-
Confronting
Lemaitre–Tolman–Bondi
models
with observational cosmology,
Garcia-Bellido, Juan; Haugbølle, Troels, JCAP, 04, 003
Accélération cosmique et
gravité massive (pdf) C. Deffayet (IAP)
Résumé : Nous
commencerons par présenter les propriétés du
modèle le plus simple pour un spin 2 massif, la théorie
de Pauli-Fierz, puis nous discuterons certaines
propriétés des extensions non-linéaires de cette
théorie qui font intervenir deux métriques
(théories bi- et multi-métriques). Enfin nous nous
tournerons vers le modèle de "gravité branaire induite"
(ou modèle DGP). Nous présenterons les principales
caractéristiques de ces modèles de "gravité
massive" (au sens large): discontinuité de van
Dam-Veltman-Zakharov, auto-couplage fort, mécanisme de
Vainshtein ainsi que leur intérêt cosmologique.
Gravitation Newtonienne modifiée et
Théorie des champs
(pdf)G.
Esposito-Farese (IAP)
1.
Introduction
au
modèle phénoménologique
MOND
2. À la recherche de modifications de la
relativité générale
a. La relativité générale
b. Des
idées qui ne marchent pas
c.
Dérivées d'ordres supérieurs
d.
Théories scalaire-tenseur
e.
K-essence
f. MOND
comme
une k-essence
3.
Le
problème
de
la déflexion de la lumière
a.
Couplage
conforme
b.
Un
faux
théorème
d'impossibilité
c.
Couplage
difforme
d.
Modèles
stratifié
|
4.
Difficultés des modèles stratifiés
a. Stabilité
b.
Invariance de
Lorentz locale
c.
Rayonnement
Tcherenkov gravitationnel
d. Pulsars
binaires
5.
Nouvelles
pistes
a. Couplage non-minimal à la courbure
b.
Théorie scalaire-tenseur non-minimale
c.
L'anomalie
Pioneer
d.
Modèles Einstein-éther
e.
Modèles de matière noire
6.
Conclusions
|
Résumé :
Une modification de la loi de gravitation à grande distance,
comme le modèle phénoménologique MOND
proposé par Milgrom en 1983, permet d'expliquer les courbes de
rotation des galaxies sans faire appel à l'existence de
matière noire. Il est toutefois très difficile de
prédire une telle physique dans une théorie des champs
cohérente, stable et au problème de Cauchy bien
posé. Nous discuterons des divers types de modification de la
relativité générale qui ont été
envisagés, et soulignerons leurs succès et leurs
difficultés aussi bien du point de vue expérimental que
théorique. Les modèles les moins satisfaisants reviennent
à définir une théorie des champs différente
pour chaque galaxie. Les plus prometteurs reproduisent la
phénoménologie de MOND mais au prix d'ajustements fins de
certaines fonctions, et présentent à la fois des
instabilités génériques et des
incompatibilités avec les tests précis de la gravitation
effectués dans le système solaire ou avec les pulsars
binaires. Nous soulignerons aussi que certains modèles ont
été rapidement éliminés dans la
littérature pour de mauvaises raisons, mais qu'ils ne
résistent pourtant pas à d'autres arguments, comme le
comportement des équations des champs à
l'intérieur de la matière. Une classe d'entre eux permet
néanmoins de reproduire l'anomalie des sondes Pioneer (si elle
est confirmée) dans un cadre cohérent de théorie
des champs. Nous mentionnerons pour finir quelques idées
récentes qui pourraient permettre d'éviter les
problèmes récurrents des modèles reproduisant
MOND, bien que cela reste à démontrer.
- M. Milgrom, Astrophys.
J. 270, 365 (1983)
- R.H. Sanders and S.S.
McGaugh, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 40, 263 (2002), astro-ph/0204521
- J.D. Bekenstein, Phys.
Rev. D 70, 083509 (2004), astro-ph/0403694
- R.H. Sanders, Mon. Not.
R. Astron. Soc. 363, 459 (2005), astro-ph/0502222.
- J.-P. Bruneton and G.
Esposito-Farèse, Phys. Rev. D 76 (2007) 124012, arXiv:0705.4043
[gr-qc].
- T. Jacobson,
"Einstein-aether gravity: A Status report", arXiv:0801.1547 [gr-qc].
Un modèle pour l’énergie
noire : le gas de Chaplygin (pdf) U. Moschella (Univ.
dell'Insubria)
Je présenterai un modèle
unifié pour l'énergie et la matière noire qui
traite un fluide « exotique » que l’on nomme « Gaz de
Chaplygin ». Je discuterai les raisons théoriques qui
motivent l’utilisation d’un tel modèle ainsi que ses
prédictions observables.
Energie du vide : régularisation,
renormalisation et ambiguïtés (pdf) A. Folacci
(SPE, Univ. de Corte)
Résumé : Nous
présenterons le statut actuel du concept d’énergie du
vide pour les théories quantiques des champs en espace-temps de
Minkowski et en espace-temps courbe. Nous exposerons les processus de
régularisation et de renormalisation du tenseur
d’impulsion-énergie d’un champ défini sur un espace-temps
courbe quelconque (méthode utilisant l’action effective de
DeWitt-Schwinger et « méthode Hadamard » de Wald) et
nous discuterons plus particulièrement des
ambiguïtés géométriques de la
définition d’une énergie du vide. Nous conclurons
qu’en l’absence d’une théorie quantique de la gravitation, il
est difficile de parler, d’un point de vue théorique, de
l’énergie du vide.
- B. DeWitt “The Global
Approach to Quantum Field Theory” (Oxford University Press, 2003)
- R. Wald “Quantum
Field Theory in Curved Space-time and Black Hole Thermodynamics” (Univ.
of Chicago Press, 1994)
- Y. Decanini and A.
Folacci, PhysRevD 78, 044025 (2008)