Nos activités scientifiques se concentrent sur trois thèmes mutuellement interdépendants : 1) éclairer l'origine de l'accélération cosmique (énergie sombre) et la physique de la structure à grande échelle de l'univers (matière sombre, DM), 2) tester les modèles cosmologiques et contraindre leurs paramètres fondamentaux, et 3) comprendre les processus de formation et d'évolution des galaxies dans un contexte cosmologique. Nous poursuivons ces objectifs par l'échange d'expertises croisées dans nos trois laboratoires (CPT, CPPM et LAM), par l'accès partagé aux principales installations d'observation, et par la coopération dans la planification, la construction et l'exploitation d'instruments innovants et d'études héritées dans le cadre de grandes collaborations internationales.
Nous explorons la nature des phénomènes d'énergie noire et de matière noire et étudions la physique qui régit la croissance des structures cosmiques avec une approche multidisciplinaire, allant de la théorie fondamentale aux grands programmes d'observation (par exemple DESI, Euclid, LSST, PFS et LISA). Nos intérêts se concentrent sur la contrainte des paramètres des modèles cosmologiques, le développement de nouveaux schémas de test cosmologique et l'extraction d'informations de multiples sondes cosmiques. Celles-ci comprennent le fond diffus cosmologique, les bougies standard des supernovae Ia, la distribution spatiale des galaxies via leurs propriétés de lentille faible et d'amas, ainsi que l'abondance et la distribution des amas de galaxies et des vides cosmiques. Du point de vue théorique, nous sommes intéressés par l'élaboration des prédictions théoriques du modèle standard, par le développement de modèles de gravité allant au-delà de la relativité générale, par l'exploration des liens éventuels entre la matière noire, l'énergie noire et les scénarios inflationnistes, et par l'exploration du potentiel cosmologique des ondes gravitationnelles.
Gardant à l'esprit que les propriétés des galaxies sont directement liées à la cosmologie, comme la distribution dans la structure à grande échelle, les masses, les tailles, le contenu en DM et la morphologie, plusieurs études importantes sont menées par nos équipes pour comprendre les processus de formation et d'évolution des galaxies. La physique baryonique affecte directement les propriétés des galaxies telles que nous pouvons les observer, qu'il s'agisse d'observations proches permettant d'étudier les galaxies dans leurs moindres détails, ou de relevés cosmologiques fournissant une description statistique de leurs propriétés à un âge plus précoce. L'originalité de l'approche adoptée par nos équipes est de réunir l'expertise combinée sur la physique de l'évolution des galaxies à travers des observations et des modélisations multi-longueurs d'onde d'une part, et l'analyse de grands relevés cosmologiques de galaxies d'autre part. Un effort important est consacré à l'étude des premières galaxies formées dans l'univers et de leur impact sur le processus de réionisation. Pour atteindre ces objectifs avec succès, un effort important est consacré au développement d'instruments innovants pour les plus grandes installations disponibles sur les observatoires terrestres et spatiaux.
Liste des principales missions et des grands programmes d'observation associés à ce thème (par ordre alphabétique), avec une contribution substantielle de nos laboratoires :
- DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument)
- ELT (Extremely Large Telescope)/Harmoni/Mosaic
- Euclid
- LISA (Laser Interferometer Space Antenna)
- LiteBIRD (Lite satellite for the studies of the B-mode polarization and Inflation from the cosmic background Radiation Detection)
- LSST (The Legacy Survey of Space and Time at Vera C. Rubin Observatory)
- MSE (The MaunaKea Spectroscopic Explorer)
- PFS (Subaru Prime Focus Spectrograph)
- SVOM (Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor)
- THESEUS (Transient High-Energy Sky and Early Universe Surveyor)
- WFIRST/ Nancy Grace Roman Space Telescope
