Thomas MONTANDON "Non-gaussianité primordiale dans le fond diffus cosmologique et dans la structure à grande échelle".

lundi 8 nov. 2021, 14:00 → 16:00 Europe/Paris

Bâtiment Sophie Germain Amphi Turing (Campus Grands Moulins Université de Paris)

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"Non-gaussianité primordiale dans le fond diffus cosmologique et dans la structure à grande échelle."

Résumé :

L’inflation est la plus ancienne période de l’histoire de notre univers corroborée par les observations. Elle permet d’expliquer l'homogénéité, l’isotropie et la platitude de notre univers. L’inflation permet aussi de générer de petites perturbations adiabatiques et quasi-gaussiennes. Une extension naturelle du modèle à un champ est de considérer plusieurs champs: l’inflation multi-champs. Dans ces modèles, il est possible de générer des modes non-adiabatiques, appelés modes isocourbures, ainsi que des non-gaussianités mesurables.

L’observation des anisotropies de température et de polarisation du fond diffus cosmologique (CMB) permet de poser de fortes contraintes sur la non-gaussianité et la non-adiabaticité des conditions initiales. La collaboration Planck a ainsi donné les plus fortes contraintes, montrant que les conditions initiales sont compatibles avec un univers purement adiabatique et gaussien. Dans cette thèse, nous proposons la première analyse jointe du spectre de puissance et du bispectre du CMB pour les modes isocourbures dans le cadre d’un modèle générique d’inflation à deux champs. Nous montrerons qu’il est possible d’améliorer les contraintes uniquement pour des sous-classes de modèles d’inflation pour Planck. Ensuite, nous présenterons des contraintes prévisionnelles pour les futures missions CMB LiteBIRD et CMB-S4. Dans des conditions que nous spécifions, l’analyse jointe pour ces futures missions pourra améliorer grandement les barres d’erreur sur les modes isocourbures.

Une observation complémentaire est celle de la structure à grandes échelles. Pour obtenir une mesure de précision sur les non-gaussianités priordiales, nous avons besoin d’une grande précision pour les très grandes échelles tout comme les petites, ce qui rend cette mesure extrêmement difficile. Aux grandes échelles, les effets relativistes (RE) deviennent importants et aux petites échelles, les non-linéarités deviennent très grandes. Dans la dernière partie de cette thèse, nous décrivons le code que nous avons développé: RELIC. Ce code permet de générer des conditions initiales relativistes jusqu’au deuxième ordre pour les simulations à N corps. En connectant notre code au code de simulation à N corps "gevolution", nous avons construit une pipeline, prenant en compte les RE et les non-linéarités, essentielle pour quantifier les contaminations des non-gaussianités primordiales qu’ils génèrent.

 

"Primordial non-Gaussianity in the cosmic microwave background and in the large-scale structure"

Abstract :

Inflation is the earliest period in the history of our universe corroborated by observations. It explains the homogeneity, isotropy and flatness of our universe. It also generates small adiabatic and quasi-Gaussian fluctuations. A natural extension of the single-field model is to consider additional fields: this is the so-called multi-field inflation. In these models, it is possible to generate non-adiabatic modes, called isocurvature modes, as well as measurable non-Gaussianities.

The observation of the temperature and polarization anisotropies of the cosmic microwave background (CMB) makes it possible to constrain the non-Gaussianity and the non-adiabaticity of the initial conditions. The Planck collaboration gave the strongest constraints, showing that the initial conditions are compatible with a purely adiabatic and Gaussian universe. In this thesis, we propose the first joint analysis of the power spectrum and the bispectrum of the CMB for isocurvature modes in the framework of a generic two-field inflation model. For Planck, we will show that it is possible to improve the constraints only for subclasses of inflation models. Then, we will present forecast constraints for the future CMB LiteBIRD and CMB-S4 missions. Under conditions that we specify, the joint analysis for these future missions can greatly improve the error bars on isocurvature modes.

Another observation is the large-scale structure. To get an accurate measurement of the primordial non-Gaussianities, we need a high accuracy for very large scales as well as small scales, which makes this measurement extremely difficult. At large scales, relativistic effects (RE) become important and at small scales, non-linearities become very large and the perturbation theory breaks down. In the last part of this thesis, we describe the code we have developed: RELIC. This code produces relativistic initial conditions up to the second order for N-body simulations. By connecting our code to the N-body simulation code "gevolution", we built a consistent pipeline taking into account RE and non-linearities, essential to quantify the primordial non-Gaussianity contaminations they generate.