Matière Noire Astronomique et Champs Scalaires
Résumé
This PhD thesis is devoted to the cosmological and astrophysical Dark Matter problems.
In the first four chapters are detailed successively the Standard Cosmological Model, observations leading to the dark matter and dark energy problems, most studied dark matter models, and different cosmological or astrophysical models using scalar fields. In the three following chapters, we expose several dark matter models based on a complex, U(1)-charged, scalar field. Associated with a quadratic potential, such a scalar field can explain galaxy rotation curves, while having a matter behavior since the recombination. In the case of a quartic potential, this field has a good cosmological behavior too, and is able to reproduce the rotation curves of small spiral galaxies, which are highly problematic for many dark matter models.
In the first four chapters are detailed successively the Standard Cosmological Model, observations leading to the dark matter and dark energy problems, most studied dark matter models, and different cosmological or astrophysical models using scalar fields. In the three following chapters, we expose several dark matter models based on a complex, U(1)-charged, scalar field. Associated with a quadratic potential, such a scalar field can explain galaxy rotation curves, while having a matter behavior since the recombination. In the case of a quartic potential, this field has a good cosmological behavior too, and is able to reproduce the rotation curves of small spiral galaxies, which are highly problematic for many dark matter models.
Cette thèse porte sur le problème de la Matière Noire astrophysique et cosmologique.
Dans les quatre premiers chapitres sont exposés succinctement le Modèle Standard Cosmologique, les observations démontrant la présence d'énergie et de matière noires, les modèles de matière noire les plus étudies, et diferents modèles cosmologiques ou astrophysiques reposant sur des champs scalaires. Dans les trois chapitres suivants est détaillé un modèle de matière noire bosonique basé sur l'existence d'un champ scalaire complexe et chargé dans U(1). Nous verrons que couple a un potentiel quadratique, un tel champ est susceptible d'expliquer les courbes de rotation des galaxies, tout en conservant depuis la recombinaison un comportement cosmologique de matière. Nous nous intéresserons ensuite au cas du potentiel quartique, et nous montrerons d'une part que son comportement cosmologique est lui aussi relativement bon, et d'autre part qu'il explique bien les courbes de rotation des galaxies spirales de petite taille, si problématiques pour de nombreux modèles de matière noire.
Dans les quatre premiers chapitres sont exposés succinctement le Modèle Standard Cosmologique, les observations démontrant la présence d'énergie et de matière noires, les modèles de matière noire les plus étudies, et diferents modèles cosmologiques ou astrophysiques reposant sur des champs scalaires. Dans les trois chapitres suivants est détaillé un modèle de matière noire bosonique basé sur l'existence d'un champ scalaire complexe et chargé dans U(1). Nous verrons que couple a un potentiel quadratique, un tel champ est susceptible d'expliquer les courbes de rotation des galaxies, tout en conservant depuis la recombinaison un comportement cosmologique de matière. Nous nous intéresserons ensuite au cas du potentiel quartique, et nous montrerons d'une part que son comportement cosmologique est lui aussi relativement bon, et d'autre part qu'il explique bien les courbes de rotation des galaxies spirales de petite taille, si problématiques pour de nombreux modèles de matière noire.