JeanMarc Virey Centre de Physique Thorique

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Energie Noire Modèles et Contraintes

• Jean-Marc Virey Centre de Physique
  Théorique
• 
  Université de Provence, Marseille

Reunion du GDR SUSY, groupe Matière Noire

Marseille, 15-16 Mars 2007
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Motivations pour lEnergie Noire et modèle de
Concordance
Lexpansion de lUnivers accélère
SN data q0lt0, w0lt-0.5, OXgt0.4
SN CMB LSS data (DE ?)
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?CDM est-il satisfaisant ?
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En fait, ?vac a de multiples contributions
(fluct.pot. de tous les champs ? ??) toutes
bien plus grandes que la valeur mesurée Il
faut donc une théorie microscopique consistante à
haute énergie pour avoir une estimation fiable de
?vac
La physique à très haute énergie (primordiale)
joue semble-t-il un rôle fondamental en
cosmologie !!!
Problèmes Cette physique est inconnue (eg
Supergravité, Théorie des cordes
(extra-dimensions) .

Loop
Quantum Gravity .) Coïncidence non résolue ...
Pour lensemble de ces raisons, de nombreux
théoriciens considèrent des interprétations
alternatives pour l'énergie noire !
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Modèles dEnergie Noire et Alternatives
Cadre détude actuel R.G. Homo./Iso.
Expansion
Distinguer ces différents types dinterprétations
est très ambitieux !!
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DE indispensable ? Modèles sans DE
modif. Eq. Friedmann - backreaction des
inhomogénéités (acc. struct. form.) (Ellis,
Wetterich, Kolb, Matarese, Alimi, Buchert )
- mod. Polytropic/Cardassian (Freese, Wang,
Linder ) (eg cordes, DM self
interactions, k-essence) (? Chaplygin
gas,  Unified DM ) pb aucune prédiction
pour croissance structures modif. RG
- théories Tenseur-Scalaire - modif. action
Einstein/Hilbert (cosmo) (Carroll )
- th. cordes/extradimensions
(cosmosubmm) (Dvali, Deffayet )
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Remarques

• Certaines de ces approches alternatives sont
  dégénérées, eg théories tenseur-scalaire et
  théories avec ajout de terme de courbure
  scalaire, ou modèles de  back-reactions  avec
  quintessence ...
• On peut définir un weff pour ce genre
  dalternatives (Linder03)
• voir Linder 0601052 pour une correspondance entre
  weff et les alternatives à la RG.

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Modèles dEnergie Noire

• Modèles avec champ(s) scalaire(s) f

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Quintom (Zhang) 2 champs scalaires
QuintessencePhantom Contourne le problème du
 phantom divide  (Zhang, Hu, Caldwell )

• Modèles avec couplages f-Matière
• (Zhang, Peccei, Nelson, Kaplan )

quintom/mass varying particles/...
En général, de nouveaux paramètres sont
introduits Re modèle très intéressant
couplage f-?
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Peux-t-on distinguer les divers modèles de DE ?
Question ? une approche commune à lensemble de
ces modèles ?
Re Certains modèles resteront dégénérés (ie
même weff) mais un tri important pourra être
établis
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Quintessence
BraneWorld
Phantom
Polytropic
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Problème 1 w(z) et w(z) ne sont pas accessibles
directement par les obs.
Il faut alors définir une paramétrisation pour
w(z) (ou faire un test non-paramétrique)
Problème 2 choix ad hoc, introduction de biais
et dégénérescences ! Mais
a-t-on le choix ???????

• Exemples de paramétrisations considérées
• Taylor w(z)w0w1 z valable à petit z car
  ?X(z)e3w1z
• Linder/Polarski w(z)w0wa (1-a) w0waz/(1z)
  
• Gerke/Efsthatiou w(z)w0w lna w0-w ln(1z)

Linder-Huterer 0505330
? bcp dautres param., mais seul 2 paramètres
peuvent être contraints !!
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LyaSN-gold SDSSWMAP à 95CL
Barger et al. 06

• Certains modèles sont déconnectés dans ce plan
  distinction possible !!!!

• ? est à lintersection des diverses classes de
  modèles Fid?? ? ???????

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Les contraintes sur (w0,wa) sont-elles simples à
obtenir ?
Malheureusement NON ! Les paramètres
cosmologiques sont fortement dégénérés et trop
nombreux !! Il faut aussi introduire des formes
fonctionnelles inconnues
Conséquences

• Réduire le nombre de paramètres gt
  sources de biais
• Réaliser des analyses combinant plusieurs sondes
  cosmiques mais

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An example of the power of combined analysis
C. Yèche et al. 0507170

• Mid-term scenario
• 2007-2008 (before Planck)
• CMB WMAP Olimpo (balloon experiment with good
  resolution and a small field)
• SNIa SNLSSNFactoryHST
• WL CFHT-LS.

• No assumption on OM
• and dynamical w(z)

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Est-ce la seule approche ?
? other model independent approaches (with own
pbs) other parameterizations
(w(z)w0w1z , w(z).) other basic
observables (H(z), q(z) (kinematic), ?X(z)/?X(0)
(dynamic)) or non-parametric tests
(binning with window functions, smoothderive
data)

• Whatever the method is
• Need to perform combined analysis
• And find that
• the Universe is accelerating
• ? is OK at 68CL (at the boundary)

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Combined analysis present data relaxed priors
constraints on
curvature and DE EoS
Based on Gong-Bo Zhao, Jun-Qing Xia, Hong Li, C.
Tao, J.-M. Virey, Zong-Hong Zhu, Xinmin Zhang
(IHEP,Beijing) astro-ph/0612728

• EoS parameterization
• Perturbation included
• Method MCMC
• Data CMB(WMAP3)LSS(SDSS2dF)SN(SNLS,Gold)
• Cosmological parameters

We use priors
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(No Transcript)
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Connaître (w0,wa) suffit-il pour distinguer les
divers modèles de DE ?
Malheureusement NON ! Séparation de certaines
classes, mais des modèles de nature très
différentes restent dégénérés eg
back-reactions champ scalaire
modif. RG Première
tentative de solution comparaison contraintes
sur (w0,wa) venant de tests différents
Tests géométriques (distances, background)
vs Tests de la croissance des structures
(perturbations)
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Manifestation du modèle DGP (extra-dimensions)
lorsquon suppose la Relativité Générale (
hypothèses classiques sur fluctuations
primordiales)
Ishak et al. astro-ph/0507184
Problème dautres sources de biais (analyse,
astrophysique et théorique) peuvent parfaitement
créer ce genre dincohérences .
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Conclusions et Perspectives

• ? est un très bon candidat pour décrire la DE
• ? beaucoup dautres interprétations possibles
• Distinguer ces divers modèles nest pas simple
  (grandeurs physiques théoriques ? observables, eg
  Modèle (w(z),w(z)) (w0,wa)
• Beaucoup de problèmes vous ont été cachés !!!

modif RG modif Friedmann champ scalaire

• Besoin de combinaisons pour obtenir w0 et wa de
  façon fiable !
• Besoin de combinaisons pour aller au-delà de
  (w0,wa)
• Choix de la méthode statistique (Bayes/freq.,
  param./non param.)
• Choix de lobservable de base selon la question
  physique
• Comparaison de diverses procédures de fit
• Traitement des DE perturbations