L’effet Sachs-Wolfe intégré non linéaire dû à la diffusion gravitationnelle des photons

Abstract

La lumière que l’on reçoit du fond diffus cosmologique est décalée vers le rouge par les puits gravitationnels causés par la matière contenu dans les différentes régions de l’espace que la lumière traverse. Cet effet se nomme l’effet Sachs-Wolfe intégrée. Dans ce projet de maîtrise, nous avons calculé le terme de collision qui est dû à l’intéraction entre les photons émis par le fond diffus cosmologique et les fluctuations de densité. Ce terme vient modifier la distribution d’énergie des photons que l’on reçoit. Ce calcul est effectué en utilisant l’action de Fierz-Pauli pour trouver la section efficace de cette collision. Ce qui est nouveau dans notre démarche c’est que l’on suppose que les fluctuations de densité de l’univers entraînent un écrantage du champ gravitationnel ce qui induit une masse de Debye au graviton que l’on calcule. On utilise ensuite la théorie quantique des champs pour obtenir un terme de collision à ajouter à l’équation de Boltzmann qui dicte comment la distribution d’énergie des photons évolue.

The light we receive from the Cosmic Microwave Background is redshifted by the gravitational potential caused by the mass of the objects it meets on its way toward us. This effect is called the integrated Sachs-Wolfe effect. In this master’s thesis, we calculate a collision term between the photons and a massive scalar particle which will affect the energy distribution of the photons we observe. This calculation is made using the Fierz-Pauli action to find the cross section of this collision. What is new in our approach is that we assume that the density variation of the universe induces a shielding of the gravitational field which results in a Debye mass of the graviton. We calculate what this mass term is and we then use quantum field theory to obtain a collision term to be added to the Boltzmann equation governing how the energy distribution of photons evolves.