Description du sujet de thèse

Toutes les structures cosmologiques, des galaxies jusqu’aux planètes, proviennent de l’amplification gravitationnelle de fluctuations quantiques du vide durant une phase précoce d’expansion accélérée de l’univers appelée inflation. Ce scénario explique de manière élégante les faibles fluctuations de densité observées dans le fond diffus cosmologique et dans la structure à grande échelle de notre univers. Il constitue un cadre idéal pour explorer l’interaction entre la gravitation et la physique quantique.

Les fluctuations cosmologiques sont usuellement décrites par une approche perturbative semi-classique, valable dans la limite de fluctuations de faible amplitude. Néanmoins, des observations récentes ont révélé la présence de fluctuations de densité anormalement grandes, telles que des amas de galaxies massifs dans l’univers très jeune, ainsi que plusieurs indices suggérant l’existence de trous noirs primordiaux. Ces trous noirs, présents dans l’univers bien avant la formation des premières étoiles, pourraient expliquer la matière noire.

L’étude des grandes fluctuations nécessite des méthodes non perturbatives. Le but de la thèse est de développer un cadre effectif stochastique qui incorpore la rétroaction des fluctuations quantiques sur la dynamique d’expansion de l’univers, et de prédire la distribution de masse des trous noirs primordiaux, ainsi que le fond d’ondes gravitationnelles que nous devrions en attendre.

Contexte de travail

Les travaux de recherche seront menés sous la direction de Vincent Vennin (HDR) et Lucas Pinol, au sein de l'équipe 20 "Cosmologie et Gravitation" du Laboratoire de Physique de l'Ecole Normale Supérieure de Paris.

Contraintes et risques

S'agissant de travaux exclusivement théorique, aucun risque particulier n'est identifié.