CE31 - Physique subatomique et astrophysique

Cosmologie par les structures à grandes échelles : Modéliser la distribution spatiale des galaxies à mieux de 1%, pour contraindre les scénarios cosmologiques – COLSS

Résumé de soumission

Quelle est l'origine de l'expansion accélérée de l'Univers, celle d'aujourd'hui et celle qui a eu lieu avant le Big Bang? Quelle est la nature de la matière noire? Ces questions abordent les mystères les plus intrigants de la cosmologie et plus largement certains des problèmes les plus importants de la physique fondamentale. Des indices cruciaux pour nous aider à répondre à ces questions peuvent se cacher dans la structure à grande échelle de l'Univers et dans son évolution. Les prochaines observations par relevés cosmiques, tels que Euclid, Vera Rubin et DESI, seront riches d'information importante sur ces questions. Notre tâche dans les années à venir est de nous préparer à extraire cette information de leurs données.

L'objectif de ce projet est d'utiliser les développements théoriques les plus avancés en cosmologie et en physique des particules pour construire un modèle numériquement rapide le plus précis de l'agrégation de galaxies dans l'espace de redshift, l'une des principales sondes des futurs relevés. La vitesse est importante pour le rendre pratique lors de l'échantillonnage de la likelihood dans l'espace des paramètres multidimensionnels. Nous visons une précision inférieure au pourcent pour éviter des biais systématiques sur les paramètres inférés et exploiter pleinement les données. Plus important encore, la précision peut être contrôlée: les erreurs peuvent être estimées par des termes d'ordre supérieur.

Des progrès dans cette direction ont été entrepris et ont conduit à des codes accessibles au public. Nous nous appuierons sur l'un de ces codes en partenariat avec l'un de ses auteurs. La modélisation construite et son code associé nous permettront de mesurer les paramètres cosmologiques standards et de tester ou détecter la physique au-delà du modèle standard avec une précision sans précédent. Pour cela, nous inclurons cinq caractéristiques essentielles cruciales pour répondre aux questions fondamentales ci-dessus. En fin de compte, nous fournirons un code de théorie des perturbations rapide et precis capable de:
1) Contraindre ou mesurer les modifications de gravité qui dependent de l'échelle;
2) Mesurer la masse des neutrinos;
3) Contraindre ou mesurer la présence de composants de matière noire non standard;
4) Atteindre la précision à 2 boucles en théorie des perturbations dans le spectre de puissance;
5) Contraindre ou mesurer des conditions initiales non standard, telles que les non-gaussianités et les perturbations d'isocourbure.
L'inclusion de ces nouvelles fonctionnalités nécessitera de nouveaux outils théoriques, au-delà de l'état de l'art. Nous tirerons parti de différents domaines de la physique théorique, par exemple la théorie des champs efficaces des techniques de l'énergie noire et des amplitudes de diffusion.

Le projet coïncidera avec des phases importantes d'Euclid: le lancement du satellite et la préparation de l'analyse de la première publication de données, et il suivra de près les activités scientifiques du satellite. Surtout, il y aura un transfert de connaissances: l'institut partenaire partagera son savoir-faire sur les modèles existants les plus avancés et l'analyse numérique de l'amas de galaxies. Nous partagerons nos connaissances sur la modélisation de la nouvelle physique. Au-delà de la nécessité immédiate du résultat final de ce projet, cette proposition vise à renforcer la participation de la communauté théorique française au sein de la collaboration Euclid, valoriser son expertise dans ce domaine très compétitif pour Euclid et, plus largement, dans la communauté cosmologique/astrophysique internationale.

Coordination du projet

Filippo Vernizzi (Institut de physique théorique)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPhT Institut de physique théorique
Université de Parme / Dipartimento di Scienze Matematiche, Fisiche e Informatiche

Aide de l'ANR 283 432 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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