Effets de lentille gravitationnelle sur le rayonnement de fond cosmique
Résumé
This report will study some phenomenological aspects of the evolution of the large scale structures of the Universe, in the framework of Inflation. General Relativity predicts that the path of light beams is modified by the gravitational potential wells; this phenomenon is called gravitational lensing. We will provide a very accurate description of this effect on the cosmic microwave background radiation, its temperature and its polarization. To do so, after a few reminders on the properties of the underlying cosmological model, we will expose the calculation needed to compute the cosmic microwave background anisotropies and polarization as well as the evolution of the large scale structures. We will also give in great details the general framework of the gravitational lensing effect. With this results, we will be able to study two regimes of the lensing effect on the background radiation: one strong, where we will use a cosmic string as a lens, and one weak, generated by the large scale structures of the Universe. In this last case, we will show how the cosmic microwave background carries information regarding the history of large scale structures up to its emission epoch. We will present and evaluate a promising technique allowing to extract this information and which consists in comparing the microwave background with background galaxies surveys. We will study what this kind of quantities can teach us regarding the properties of the Universe we are living in. Finally, we will spend some time on a class of exotic cosmological models called quintessence, where the cosmological constant has been replaced by a new fluid. We will focus on the large scale structures properties in these models and on the phenomenological consequences one can expect on the gravitational lensing effect.
On s'intéressera, dans ce mémoire, à certains aspects phénoménologiques de l'évolution des grandes structures de l'univers, dans le cadre des modèles inflationnaires. La relativité générale prédit que le trajet des rayons lumineux est perturbé par les puits de potentiels gravitationnels ; on appelle ce phénomène, effet de lentille gravitationnelle. On donnera une description très précise de cet effet sur la lumière du rayonnement de fond micro-onde, les anisotropies de sa température et sa polarisation. Pour ce faire, après avoir exposé les grandes lignes du modèle, on rappellera comment se calculent les anisotropies de température et la polarisation ainsi que les propriétés de l'évolution des grandes structures. Le calcul de l'effet de lentille gravitationnelle sera aussi rappelé en détail. On sera ainsi en mesure d'étudier l'effet de lentille gravitationnelle sur le rayonnement de fond dans deux régimes : celui fort, dans le cas d'un effet induit par une corde cosmique, et celui faible où les sources sont les grandes structures de l'univers. On montrera, dans ce dernier cas, que température et polarisation du rayonnement de fond portent des informations sur l'histoire des grandes structures entre aujourd'hui et son époque d'émission. On exposera et l'on caractérisera une technique particulièrement prometteuse visant à extraire cette information, et qui consiste à comparer rayonnement de fond et relevés de forme des champs galactiques d'arrière plan. On étudiera aussi les enseignement que peuvent apporter ce genre d'observables sur le modèle cosmologique. Enfin, on s'attardera sur une classe de modèles exotiques dans laquelle la constante cosmique est remplacée par une composante nouvelle, la quintessence. On étudiera l'évolution des grandes structures dans ces modèles et on en tirera les conséquences phénoménologiques sur l'effet de lentille gravitationnelle.
Mots clés
Cosmologie
Grandes Structures
Effet de Lentille Gravitationnelle
Rayonnement de Fond Micro-Onde
Polarisation
Paramètres Cosmologiques
Corde Cosmique
Quintessence. Cosmology
Large Scale Structures
Gravitational lensing effect
Cosmic Microwave Background
Polarization
Cosmological Parameters
Cosmic String