Modèles d'Univers inhomogènes à Big-Bang retardé

par Marie-Noëlle Célérier

Thèse de doctorat en Physique théorique

Sous la direction de Jean Schneider.

Soutenue en 1998

à Paris 7 , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris2014-....) .

Le président du jury était Bernard Diu.

Le jury était composé de Jean Schneider, Alain Blanchard, Philippe Tourrenc, Claude Barrabès, Galliano Valent.

Les rapporteurs étaient Alain Blanchard, Philippe Tourrenc.

mots clés

• Relativité (physique)
• Relativité restreinte (physique)

Résumé

Le modèle standard d'évolution de l'Univers, dit de Big-Bang chaud, malgré d'indéniables succès, laisse irrésolus un certain nombre de problèmes. L’objet de cette thèse est de proposer une classe de modèles d'Univers inhomogènes qui pallient plusieurs imperfections du modèle standard, tout en conservant ses prédictions les plus robustes. Il est montré, en faisant appel, pour cette étude préliminaire, a des hypothèses très simplificatrices : 1. Que la notion de big-bang inhomogène mérite d'être exploitée. Les conséquences observables d'une singularité initiale inhomogène, de type « retardé », sont étudiées, sous certaines conditions. Le problème de l'horizon est ainsi résolu sans qu'il soit besoin de recourir à l'hypothèse d'une phase d'inflation. Les problèmes de la platitude et de la constante cosmologique disparaissent. Des mécanismes pouvant expliquer l'origine de la formation des structures sont avancés. 2. Que les paramètres du modèle peuvent être ajustés de façon à reproduire les données issues des observations. Un tel ajustement est ainsi réalisé, pour reproduire, avec une bonne approximation, les moments dipolaire et quadrupolaire des anisotropies de température du rayonnement de fond cosmologique. Sont étudiées, par ailleurs, plusieurs classes particulières d'équations d’Einstein pour un fluide parfait relativiste à symétrie sphérique, dont est proposée une forme réduite, à variables séparées.

Résumé

The hot Big-Bang standard model for the evolution of the Universe, despite strong successes, lets unresolved a number of problems. The purpose of this thesis is to propose a class of inhomogeneous models of Universe, getting rid of some of the drawbacks of the standard model, while leaving unimpaired its main cornestones. It is shown, with the help, for this preliminary study, of very simplifying assumptions : 1. That the notion of inhomogeneous Big-Bang is worth being developed. The observable consequences of an inhomogeneous initial singularity, of “delayed” type, are studied, under some peculiar conditions. The horizon problem is thus solved without need for any inflationary phase. The flatness and cosmological constant problems disappear. Mechanisms able to explain the origin of structure formation are put forward. 2. That the parameters of the model can be tuned such as to reproduce the data obtained from observations. Such a tuning is thus performed to reproduce, with good approximation, the dipole and quadrupole moments of the temperature anisotropies of the cosmological micro-wave background radiation. Are also studied a number of special classes of Einstein’s equations for a relativistic spherically symmetric perfect fluid, of which a reduced form, with separated variables, is proposed.