Au-delà de la relativité générale : certains aspects de la cosmologie quantique à boucles, des trous noirs et de l'univers sombre

Beyond Einstein’s theory of gravitation : some aspects of loop quantum cosmology, black holes and the dark universe

• Auteur / Autrice : Boris Bolliet
• Direction : Aurélien Barrau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique subatomique et astroparticules
• Date : Soutenance le 24/07/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Grenoble ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Henri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Peter, Dominique Boutigny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ruth Durrer, Karim Noui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière noire (astronomie)

Relativité générale (physique)

Cosmologie quantique

Mots clés libres

Gravitation

Quantique

Cosmologie

Énergie sombre

Trous noirs

Effet Sunyaev Zel'dovich

Gravitation

Quantum

Cosmology

Dark energy

Black holes

Sunyaev Zel'dovich effect

Résumé

Dans cette thèse, nous explorons la phénoménologie de certaines extensions de la relativité générale et de la gravité quantique.Cette recherche est motivée par l’incomplétude des modèles théoriques qui décrivent le comportement de la matière aux échelles cosmologiques.Le model standard de la physique des particules et la relativité générale, combinés ensemble et avec les données expérimentales provenant des collisionneurs de particules et de l’astrophysique, conduisent a des modèles d’univers domines par de la matière invisible. De plus, selon le meilleur de ces modèles, l’univers serait présentement dans une phase d’expansion accélérée et aurait commencer son existence par une singularité spatio-temporelle : le big bang.Ainsi, la physique théorique se trouve mise au défi d’obtenir un model sans singularités et avec moins (ou aucune) matière sombre. Sur ce point, les deux dernières décennies ont étés particulièrement fructueuse : il y a maintenant un grand nombre de théories de gravité modifiée, d’énergie sombre et de gravité quantique qui sont à notre disposition.L’objectif du présent travail est de construire un cadre phénoménologique nous permettant de comparer clairement ces théories les unes aux autres et possiblement d’en réfuter certaines en se basant sur les récentes observations cosmologiques ainsi que celles qui sont encore a venir.La première partie de la thèse est dédiée aux théories de gravité modifiée et d’énergie sombre. La deuxième partie traite de la cosmologie quantique a boucles, et finalement la dernière partie présente une nouvelle façon de sonder l’expansion accélérée de l’univers via l’effet Sunyeav Zeldovich thermique.

In this thesis we explore the phenomenology of some extensions to General Relativity and quantum gravity theories.The motivation for this research lies in the incompleteness of the current theoretical models that describe the behaviour of matter on cosmological scales.The standard model of particle physics and general relativity, combined together along with experimental probes in particle colliders and astrophysics, lead to a model for our universe, which is today dominated by dark matter. Moreover, according to the best model, the universe is currently undergoing an accelerated expansion and had started its existence with a space-time singularity: the big bang.The challenge for theoretical physics is therefore to obtain a model without singularity and with less invisible matter (or none). To this respect, the last two decades have been particularly fruitful: there is a large number of competing modified gravity and dark energy theories as well as quantum gravity proposals at our disposal.The purpose of the work presented here is to set up a phenomenological framework that enables a clear comparison and possible exclusions of these new theories by confronting them to current and future observational data.The first part of the thesis is dedicated to modified gravity and dark energy models. The second part deals with loop quantum cosmology, and the last part is a presentation of a new probe for dark energy: the thermal Sunyaev Zeldovich power spectrum.