Une moisson de nouvelles données cosmologiques va déferler pendant les prochaines années:
catalogues de galaxies (avec mesure du redshifts et/ou lentillage gravitationnel): DESI, Euclid, Rubin Observatory, Roman Space Telescope, SKAO, pour mesurer les propriétés statistiques de la distribution de matière
cartographie de raies d'émission spectrale (comme la raie a 21cm) par les futurs radiotélescopes (SKAO, CHIME, HIRAX), pour mesurer le spectre de puissance de la matière, ainsi que pour contraindre l'histoire thermale de l'univers pendant l'age sombre
cartographie de la polarisation du fond diffus (CMB): Simons Observatory, CMB Stage 4, Litebird… detection possible du mode B primordial… et peut-être, a plus long terme, satellite pour la mesure des distorsions spectrales du CMB
tests du taux l'expansion dans l'univers recent (règles standard avec BAOs, chandelles standard avec Supernovae ou TRGB, sirènes standard avec mergers et ondes gravitationnelles, mesure de l'evolution temporelle du redshift d'objets donnés avec l'ELT, GAIA, SKAO, CHIME, HIRAX)
télescopes à ondes gravitationnelles (LISA, CE, ET) pour mesurer la distribution spatiale des mergers, le spectre des fonds stochastiques d'ondes gravitationnelles d'origine astrophysique et cosmologique ou la luminosité des sirènes standard
abundance des éléments primordial (par exemple dans l'environnement des quasars avec l'ELT)
morphologie et evolution des galaxies dans l'univers lointain (JWST, …)
La précision de ces données justifie un gros effort théorique pour rendre les prédictions de chaque modèle cosmologique plus précises, et pour explorer de nouveaux modèles qui pourront être testés par ces données - ou qui pourront expliquer d'éventuelles déviations des données par rapport aux prédictions du modèle cosmologique standard.
L'idée de nouveaux développements théoriques dans les prochaines décennies se base également sur des faits scientifiques nouveaux tels que la découverte récente des ondes gravitationnelles, la difficulté à détecter des particules de type WIMPs, ou les progrès des simulations numériques et de l'intelligence artificielle.
Tout ceci constitue un faisceau de motivations pour intensifier la recherche dans les directions suivantes:
Univers primordial
Progrès théoriques sur l’inflation et le reheating (complétude UV, génération de non-gaussianité, génération de trous noirs primordiaux, simulations du reheating)
Meilleure compréhension des mécanismes de production d’
Ondes Gravitationnelles cosmologiques au-delà de l’inflation standard ((pre)heating, transitions de phase, défauts topologiques, pics dans le spectre primordial, trous noirs primordiaux …)
Nouveaux aspects de la physique du CMB: distorsions du spectre de corps noir, bi-réfringence…
Compréhension des observables inflationnistes en tant que conséquence des symétries : approche “bootstrap” cosmologique, compréhension des fonctions de corrélation au même niveau que les amplitudes de diffusion en physique des particules, développement des contraintes de l'unitarité et de la positivité dans le cadre de la cosmologie, etc.
nouvelles approches fondamentales pour comprendre les conditions initiales de l'univers ou la physique des trous noirs (open quantum system, bootstrap, holographie; role de la physique quantique pendant l'inflation, transition quantique/classique, decohérence, confrontations aux interprétations de la mécanique quantique…)
cosmologie des trous noirs primordiaux (mécanismes de production, formation, évolution, accrétion, agrégation, fusion)
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Etude de l’impact des modèles de gravité modifiée sur le CMB, la formation des grandes structures aux échelles linéaires et non-linéaires, la nucléosynthèse
Mécanismes d'écrantage
Recherche de théories cohérentes pour expliquer l'accélération de l'expansion le problème de la matière noire à partir des théories de gravité