Organisateur :
Norma G. Sanchez (LERMA)

Cet Atelier/Ecole abordera les progrès récents accomplis dans le sujet de la matière noire astrophysique: La matière noire dite "tiède" qui émerge à partir des observations des galaxies et des grandes structures. Les particules associées ont de masses de l’ordre du keV (1000 électrons Volts). Ainsi, les nouveaux candidats sérieux pour la matière noire sont les neutrinos de ces masses dits "neutrinos stériles".

Le sujet sera traité avec trois grands chapitres en tout moment liés :
(I) Contexte conceptuel, cosmologique et astrophysique, état actuel et mise en perspective du sujet: La matière noire dite froide [particules très lourdes (de masses > 1 GeV)] et les simulations numériques avec cette matière noire froide ne reproduisent pas les observations astronomiques à l’échelle des galaxies et sub-galactiques. La matière noire tiède reproduit les observations à toutes les échelles (cosmologiques, galactiques, subgalactiques).
(II) Observations astronomiques: Propriétés universelles et non universelles des galaxies: courbes de rotation de très haute qualité, cinématiques, lentilles gravitationnelles, profiles de densité, la densité de l’espace des phases de la matière noire, les amas des galaxies et grandes structures.
(III) Les profiles de densité et les lois d’échelle des galaxies obtenues à partir des fluctuations cosmologiques primordiales. Formation des galaxies et simulations numériques avec matière noire tiède en accord avec les observations.

Les résultats des observations astronomiques récentes marquantes dans le domaine occuperont une partie très importante, voire centrale, dans l’Atelier 2012 : leur interprétation conceptuelle, explication théorique, origine physique et astrophysique, confrontation à la théorie et aux simulations numériques, et clarifications associées.

La nature de la matière noire et la formation des galaxies en accord avec les observations seront particulièrement traitées dans cet Atelier 2012, notamment en vue des conclusions et clarifications obtenues par les Ateliers 2010 et 2011 de cette série à Meudon: une évidence grandissante (observationnelle et théorique) montre que les prédictions de la matière noire froide ou « trop froide » (particules lourdes « wimps » supposées dans la plupart des simulations numériques) ne reproduisent pas les structures observées aux petites échelles (galactiques). Aussi, les observations montrent que les profiles de densité observés des galaxies sont compatibles avec des « cores » au centre (et non avec les « cusps » produits dans les simulations numériques). Ainsi, il est important et pressant de disposer des simulations numériques que puissent reproduire dans un contexte clair, les résultats des observations galactiques réelles : cores, nombre des structures (« satellites ») observées, densité de surface constante observée.

Les particules de matière noire plus légères (mass dans l’échelle du keV) présentent une solution naturelle à ces problèmes : elles reproduisent sans difficulté les propriétés observées aussi bien dans les échelles galactiques que cosmologiques, car (i) elles correspondent naturellement aux échelles physiques (astrophysiques) du problème. (ii) Elles sont distinguées favorablement par la théorie et les observations (profiles de densité, densité de surface centrale des galaxies, structure de l’espace de phases, substructures).

Une partie importante des travaux de l’Atelier portera sur la détermination des profiles de densité et des substructures à partir des principes de base et en accord avec les observations : les deux problèmes : substructures (« satellites ») et type of profile sont liés à la nature de la matière noire et sont en accord avec les observations pour la matière noire tiède. Seront traités aussi des approches théoriques perturbatives pour des grandes échelles combinées aux modèles du halo de matière noire pour construire des schémas valables pour toutes les échelles. Extensions de l’approximation de Zeldovich ("adhesion model") et avec « l’excursion theory » au système de Vlasov-Poisson, pour une description et compréhension physique de base du « cosmic web ».