LUTH

Laboratoire Univers et Théories

Cosmologie : structures et origines (Equipe COS)

Cosmologie : structures et origines 01 Cosmologie Approche multidisciplinaire

La cosmologie est de plus en plus liée aux développements de l’astrophysique, de la physique théorique des particules et de la gravitation. Dans chacune de ces disciplines, les découvertes récentes de la cosmologie débouchent sur des questions difficiles. Les moyens de décrire les premiers instants de notre Univers, la découverte de l’énergie sombre qui domine son contenu énergétique, la distribution de la matière noire dans les grandes structures cosmiques, l’effondrement gravitationnel sur les échelles cosmologiques, la formation des premières étoiles et galaxies, la nature de la gravitation aux différentes échelles et la relation avec les autres interactions fondamentales, la forme de l’espace sont des questions interdépendantes. Leur réponse ne viendra certainement qu’à travers une approche pluridisciplinaire. L’équipe de cosmologie travaille en collaboration avec de nombreux partenaires nationaux et internationaux (les Universités d’Amsterdam, de Cape Town, de Columbia, , d’Elche, de Louvain-la-Neuve, de Namur, de Princeton, de Rome , du Wisconsin...).

02 Energie Noire et Matière Noire

Les observations de l’univers à grande échelle nous ont montrés que la matière visible constitue seulement 5% de la densité totale de masse dans l’univers et les 95% restant sont invisibles à nos yeux. 25% environ sont sous forme de particules pesantes qui n’interagissent que par la force de gravité, et qui constituent l’essentielle de la matière contenue dans les galaxies et les amas ; la matière noire. Les 75% restant seraient sous forme d’une composante exotique à pression négative, responsable de l’expansion accélérée de l’espace et remplissant les espaces cosmiques ; l’énergie noire. Mais quelle est la nature de l’énergie noire et de la matière noire, quel rôle exact jouent-ils dans la formation des structures cosmiques, le destin de notre Univers... ? Pour répondre à ces questions les cosmologistes du LUTH ont avancé plusieurs hypothèses. Ils ont proposé notamment deux interprétations théoriques possibles en ce qui concerne l’énergie noire. La première envisage que cette composante puisse être la manifestation d’une modification sur les échelles cosmologiques de la gravité d’Einstein. Dans ce cadre l’accélération de l’espace serait la conséquence directe d’une attraction gravitationnelle distincte entre la matière visible et la matière sombre. La seconde interprète l’accélération récente de notre univers comme un effet moyen de la structuration fine de l’espace et de la matière dans l’Univers qui ne serait plus négligeable comme le suppose le modèle standard présent de la cosmologie. Plus généralement pour discriminer entre les divers modèles cosmologiques et donc les diverses formes de matière et d’énergie noires, l’équipe cosmologie du LUTH s’intéresse également à la formation des structures cosmiques via la simulation numérique. Ils ont réalisé sur supercalculateurs les simulations de formation des grandes structures de l’Univers en présence d’énergie noire, les plus performantes au monde en terme de résolution spatiale, leur exploitation s’insère dans de nombreux programmes théoriques et observationnelles.

03 Forme de l’espace et instants primordiaux

L’étude de la topologie de l’Univers qui n’est pas décrite par la relativité générale, la cosmologie des instants primordiaux en liaison avec la théorie des cordes et/ou la gravité quantique sont des thématiques dans lesquelles l’équipe de cosmologie est aussi très active. Ces travaux conduisent à des collaborations intenses avec plusieurs groupes nationaux et internationaux de mathématiciens.

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