220 likes | 371 Views
Matière noire. Indices Possibilités Détection. Herve Dole & Mathieu Langer. (Merci à Gianfranco Bertone, Université de Padoue & IAP). NPAC – Bases de la Cosmologie Moderne – 2007. Paramètres cosmologiques : état des lieux. Combinaison de données ‘indépendantes’
E N D
Matière noire Indices Possibilités Détection Herve Dole & Mathieu Langer (Merci à Gianfranco Bertone, Université de Padoue & IAP) NPAC – Bases de la Cosmologie Moderne – 2007
Paramètres cosmologiques : état des lieux • Combinaison de données ‘indépendantes’ • Univers spatialement plat : ‘Constante Cosmologique’ : ~ 0.7 ‘Matière’ : ~ 0.3
Courbe de rotation de la Voie Lactée (Clemens, 1985, ApJ 295)
Courbe de rotation et Matière Noire Image UV GALEX, A. Gil de Paz, 2006
Dégénérescence : disque vs. halo DM • Rapport Masse/Luminosité? (synth. pop. stellaires) • DM : profil de densité? (simulations, mal connu au centre) Broeils, 1992, A&A
Matière Noire : Amas de galaxies ROSAT X-Ray A 2029 NGC720 DSS optical
Mesure du profil de densité d’un amas • Image aux rayons X • L’émission X en un point de l’amas est fonction de la densité n en ce point, x ~ n2 • Question: Quel profil de densité pour produire l’émission X observée? Line: Best Fit Points: Observations Abell 2319 – Image ROSAT [millions of light years] • Procédure: • Choix du centre de l’amas • Moyenne azimutale de l’émission X • Courbe d’ajustement du profil X • Déduction de la densité requise
« Lentillage » gravitationnel (http://hubblesite.org) Convergence Convergence + cisaillement
Tout frais : carte 3D de Matière Noire! • Cartes haute fidélité de la distribution de matière noire à grande échelle, résolue en séparation angulaire et en profondeur grâce au Cosmic Evolution Survey du HST • (2 degres2) • Forme de 71 galaxies par arcmin2 • champ de cisaillement • masse totale projetée • Observations de suivi par VLT, Subaru, Cerro Tololo et Kitt Peak pour déterminer les redshifts Massey et al., Nature, 7 Janvier 2007
Preuve “directe” : l’amas Balle de fusil • Image optique d’amas en fusion (ici: 1E 0657-558) • Reconstruction du cisaillement et de la convergence (lentilles gravitationnelles) • Cartes de densité projetée (contours verts) 200 kpc Clowe et al. ApJL 2006
Preuve “directe” : l’amas Balle de fusil • Image X du même amas en fusion 1E 0657-558, par Chandra • Contours verts: convergence (proportionnelle à la densité projetée) • Contours blancs: position des pics de à 68.3%, 95.5% and 99.7% C.L. 200 kpc Clowe et al. ApJL 2006 Présence de masse gravitante non-lumineuse!
Inventaire de la Matière dans l’Univers… 1% Etoiles 7% Gaz structures virialisées Baryons 7% Gaz tiède/chaud MIG Don’t know what Dark Matter is? Ask a Particle Physicist! 85% MATIERE NOIRE Non-baryonique
Kaluza-Klein DM in UED Kaluza-Klein DM in RS Axion Axino Gravitino Photino SM Neutrino Sterile Neutrino Sneutrino Light DM Little Higgs DM Wimpzillas Cryptobaryonic DM Q-balls Mirror Matter Champs (charged DM) D-matter Cryptons Self-interacting Superweakly interacting Braneworld DM Heavy neutrino NEUTRALINO Messenger States in GMSB Branons Chaplygin Gas Split SUSY Primordial Black Holes … “WIMPs”! Candidats “Matière Noire” L. Roszkowski
WIMP : fiche d’identité • Nom complet : Weakly Interacting Massive Particle • Rem : nom générique • Interactions : gravitationnelle, nucléaire faible (i.e. sections efficaces « plus faibles que faible ») • Masse : assez forte pour être non-relativiste aujourd’hui • Durée de vie : stable / assez longue pour ne pas avoir disparu • Densité relique : équation de Boltzmann + freeze-out • Nature? SUSY? KK Extra-dimensions? New Physics!
SUSY & LSP… • Supersymétrie? • Extension de l’algèbre de Poincaré : Q |Boson = |Fermion , Q |Fermion = |Boson {Q, Q} P , [H,Q] = 0 • Unification des couplages de jauge, hiérarchie des masses (Higgs) • Préserver conservation de B & L R-parité, R = (-1)3B+L(-1)2S • Particules SM : R = +1 Particules SUSY : R = -1 • Conservation de R-parité (si) • Lightest Supersymmetric Particle stable! • Candidat “naturel” pour la Matière Noire • MSSM + R-parité Neutralino :
Dimensions Supplémentaires Universelles (EUD) • Kaluza-Klein : extra dimensions • EUD : tout champ se propage dans la 5e dim Conditions périodiques quantification de l’impulsion Compactification de la dim. suppl. en chaque pt de l’espace à 3d
Toy derivation of scalar Lagrangian (J.Virzi, UC Berkeley) • Heuristic derivation showing how mass terms appear – infinite tower of KK modes
EDELWEISS DAMA ZEPLIN CDMS + IAS : saphir scintill. & chaleur Détection directe : Principe & Statut n Détecteur (bolomètre) • Collision d’un WIMP sur un noyau • Lumière • Chaleur • Charge Discrimination bruit de fond Cryogénie, …
Détections Indirectes de DM • Télescopes gamma • Au sol (CANGAROO, HESS, MAGIC, MILAGRO, VERITAS) • Dans l’espace: satellite GLAST • Futur Cherenkov Telescope Array? • Télescopes Neutrino • Amanda, IceCube • Antares, Nemo, Nestor • Km3 • Satellites Antimatière • PAMELA • AMS-2 • Autres • Synchrotron • Effet SZ • Effet sur les étoiles… Détections indirectes
Rayonnement d’annihilation SUSY (E. Nezri et al, 2001) Pour calculer les flux, il faut connaitre le détail des annihilations. Les sections efficaces d’annihilations des neutralinos peuvent être calculées par l’approche numérique (DarkSUSY, microMEGA, etc.) UED (Servant & Tait, 2002) Servant & Tait ont obtenu les sections efficaces d’annihilation pour les particules B(1). Dans la limite non-relativiste, elles ne dépendent que de la masse des B(1). (Merci à G. Bertone)
Object baryoniques de masse stellaire et inferieure (Afonso et al, A&A, 2003)