Precision cosmology with the large-scale structure of the universe

par Hélène Dupuy

Thèse de doctorat en Cosmologie

Sous la direction de Francis Bernardeau.

Soutenue le 11-09-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Institut d'Astrophysique de Paris (laboratoire) .

Le jury était composé de Eiichiro Komatsu, Julien Lesgourgues, Diego Blas, Michael Joyce, Jean-Philippe Uzan.

mots clés

• Cosmologie
• Grandes structures
• Neutrinos
• Théorie des perturbations
• Régime non linéaire
• Relativité générale
• Neutrinos
• Relativité générale (physique)

Titre traduit

Cosmologie de précision avec les grandes structures de l'univers

Résumé

Cette thèse fournit des résultats innovants de plusieurs types. Leur point commun est la quête de précision dans la description des phénomènes physiques à l'œuvre dans l'univers. D'abord, un modèle-jouet simulant la propagation de la lumière dans un espace-temps non homogène est présenté. Dans cette étude, nous avons opté pour la traditionnelle représentation de type Swiss cheese. Souvent utilisée dans la littérature, elle permet de travailler avec des solutions exactes de la relativité générale, qui n'altèrent pas la dynamique globale de l'univers tout en le rendant fortement non homogène. Nous avons illustré la façon dont les hypothèses de base, telles que le principe cosmologique, peuvent affecter les conclusions scientifiques, telles que l'estimation des paramètres cosmologiques à partir des diagrammes de Hubble. Ce travail a donné lieu à deux publications en 2013, une dans Physical Review D et une autre dans Physical Review Letter. Le résultat majeur proposé dans cette thèse est une nouvelle façon de décrire les neutrinos en cosmologie. L'idée est de décomposer les neutrinos en plusieurs fluides à un flot de manière à se débarrasser de la dispersion en vitesse dans chacun d'eux. Cela s'inscrit dans le cadre de l'étude de la formation des grandes structures de l'univers à l'aide de la théorie des perturbations cosmologiques dans les régimes non linéaire et/ou relativiste. Ce travail a donné lieu à trois publications dans JCAP, une en 2014 et deux en 2015.

mots clés

• Cosmology
• Neutrinos

Résumé

This thesis provides innovative results of different types. What they have in common is the quest for precision in the description of the physical phenomena at work in the universe. First, a toy model mimicking the propagation of light in an inhomogeneous spacetime has been presented. In this study, we chose a traditional Swiss-cheese representation. Often used in the litterature, such models offer the advantage of dealing with exact solutions of the Einstein equations, which do not affect the global dynamics of the universe while making it strongly inhomogeneous. We have exemplified how initial presumptions, such as the cosmological principle, can alter scientific conclusions, such as the estimation of cosmological parameters from Hubble diagrams. This work resulted in two publications in 2013, one in Physical Review D and another one in Physical Review Letter. The major result exposed in this thesis is the proposition of a new way of dealing with the neutrino component in cosmology. The idea is to decompose neutrinos into several single-flow fluids in order to get rid of velocity dispersion in each of them. The research field to which it belongs is the study of the formation of the large-scale structure of the universe thanks to cosmological perturbation theory in the relativistic and/or nonlinear regimes. This work resulted in three publications in JCAP, one in 2014 and two in 2015.