Assouplir les contraintes cosmologiques sur les masses actuelles des neutrinos : discussion

Tableau des liens

• Résumé et introduction
• Couplage de l’énergie noire aux neutrinos
• Impact du couplage sur les perturbations et les observables
• Estimation des paramètres
• Discussion
• Remerciements, annexe et références

V. DISCUSSION

Dans cette étude, nous avons étudié un modèle de neutrinos à masse variable dans lequel la masse dépend de la valeur d'un champ scalaire représentant la composante d'énergie sombre. L'originalité de notre travail réside dans le choix de la paramétrisation quintessence, qui limite le nombre de paramètres libres par rapport à d'autres approches comme la paramétrisation CPL ou les choix arbitraires de potentiels de champs scalaires. Bien que la paramétrisation soit purement phénoménologique, elle conduit à la reconstruction analytique du potentiel comme une somme de termes exponentiels, ce qui confère commodément à l'énergie noire des propriétés d'échelle. Nous avons introduit deux paramètres libres supplémentaires par rapport à ΛCDM, β pour la force de couplage entre les deux secteurs dans l'équation. (2.2) et λ pour l'évolution linéaire du champ dans l'équation. (2.9).

Nous avons confirmé la conjecture selon laquelle un scénario de masse croissante des neutrinos assouplit la limite supérieure de la masse actuelle des neutrinos dérivée dans le cadre du modèle de base νΛCDM. Notre objectif était de compléter les travaux antérieurs, tels que l'étude de la réf. [16]. Dans ce dernier cas, l'un des modèles envisagés par les auteurs était une théorie des neutrinos à masse variable avec un couplage constant au champ scalaire et un potentiel quintessentiel sous la forme d'une exponentielle. Contrairement à notre cas, leur modèle ne montre aucun comportement de suivi et autorise uniquement des scénarios de masse décroissante. Ils ont également constaté que les observations astronomiques ne fournissent pas de contraintes fortes sur le paramètre de couplage. Pour contraindre le couplage, ils ont fixé la masse du neutrino à des valeurs supérieures à 0,1 eV, en supposant qu'une masse aussi importante puisse être confirmée de manière indépendante. Alternativement, dans notre analyse de vraisemblance, nous définissons différentes valeurs de couplage pour contraindre la masse actuelle des neutrinos.

Suite à l'analyse du modèle au niveau du fond, nous avons évalué la sensibilité de plusieurs observables (spectres de matière et de puissance CMB, et potentiel de lentille CMB) au couplage, en utilisant une version du code Boltzmann CLASS que nous avons adapté au modèle considéré. Nous avons constaté que l’augmentation des masses des neutrinos entraînait une suppression moindre de la puissance de la matière que ne le prédisait la présence d’un champ scalaire sans interaction. Le couplage affecte également la forme du spectre de puissance CMB à différentes échelles, notamment via l'effet Sachs-Wolf intégré, en parallèle avec l'effet du paramètre de champ scalaire lui-même. Le potentiel de lentille CMB est sensible à l’interaction. Les masses croissantes de neutrinos peuvent compenser la réduction du potentiel de lentille provoquée par le fluide quintessence. Il est donc théoriquement possible d'obtenir des contraintes sur une interaction putative entre le secteur des neutrinos et une composante dynamique d'énergie noire.

En ce qui concerne les travaux futurs, il serait intéressant de compléter les contraintes CMB que les données Planck imposent aux paramètres de notre modèle par des mesures précises des anisotropies à des multipôles plus grands (l ≳ 3000). Ces petites échelles angulaires mesurées avec une précision suffisante peuvent révéler des signatures de couplage, en particulier lorsque la force de l'interaction est faible [73]. Par exemple, une indication d'un couplage non disparaissant entre les neutrinos et la matière noire au niveau un sigma a été trouvée en utilisant les observations multipolaires élevées du télescope cosmologique d'Atacama (ACT) de la température du CMB et des anisotropies de polarisation (74). En outre, des données alternatives du CMB sur le spectre de puissance de lentille pourraient également être utilisées pour contraindre davantage le scénario d’interaction neutrino – champ scalaire affectant la croissance de la structure [75]. Quant aux sondes d'univers tardives de structure à grande échelle, il serait adéquat d'utiliser les observations par lentilles faibles KiDS [76] pour tester le modèle MaVaN, comme dans le cas de la matière noire couplée [26].