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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0334

DOMAINE DE RECHERCHE
Astrophysique / Physique corpusculaire et cosmos
INTITULÉ DU SUJET Français English

Mesure de masse des amas de galaxies par effet de lentille gravitationnelle sur le fond diffus cosmologique

RÉSUMÉ DU SUJET

Les amas de galaxies, situés aux nœuds de la toile cosmique, sont les plus grandes structures de l’Univers liées par la gravitation. Leur nombre et leur distribution spatiale sont très sensibles aux paramètres cosmologiques. Les amas constituent ainsi une sonde cosmologique performante. Elle a fait ses preuves ces dernières années (sondages Planck, South Pole Telescope, XXL, etc.) et promet de grandes avancées les prochaines années (sondages Euclid, LSST, CMB-S4, etc.).

Les prédictions théoriques du nombre d’amas et de leur distribution spatiale sont fonction des paramètres cosmologiques et de la masse des amas. Pour remonter aux paramètres cosmologiques à l’aide des sondages d’amas, il faut donc être capable de mesurer la masse des amas avec précision. L’erreur sur la mesure de masse est aujourd’hui l’erreur systématique principale pour la mesure des paramètres cosmologiques avec les amas. C’est pourquoi il est crucial d’améliorer cette mesure et de maitriser les erreurs associées.

La méthode la plus directe de mesure de masse des amas repose sur l’effet de lentille gravitationnelle. Celle-ci est maintenant utilisée de façon routinière dans les sondages aux longueurs d’onde visibles : un amas induit des distorsions de forme des galaxies d’arrière-plan. A partir de l’étude de ces distorsions, il est possible de reconstruire la masse de l’amas. Récemment, il a été possible de détecter ces distorsions aux longueurs millimétriques sur le fond diffus cosmologique (ou cosmic microwave background, CMB en anglais) au lieu des galaxies d’arrière-plan et de remonter à la masse des amas de cette façon. L’avantage principal d’utiliser le fond diffus cosmologique est qu’il est situé à très grande distance ce qui permet de mesurer la masse d’amas lointains ; il n’est pas possible de le faire avec les galaxies qui sont trop peu nombreuses en arrière-plan d’amas lointains.

L’Irfu/DPhP a développé les premiers outils de mesure de masse des amas de galaxies par effet de lentille gravitationnelle sur le fond diffus cosmologique pour la mission satellite Planck. Le travail de thèse consistera dans un premier temps à s’approprier ces outils puis les faire évoluer pour les rendre compatibles avec les données sol. Ils seront alors appliqués aux données publiques SPT-SZ puis SPT-SZ+Planck conjointement (https://pole.uchicago.edu).

Dans un second temps, les outils seront utilisés pour établir des stratégies d’observation et calculer les temps d’intégration nécessaires pour mesurer la masse des amas à partir des expériences millimétriques haute résolution au sol type NIKA2 (http://ipag.osug.fr/nika2/), seules puis conjointement avec Planck.

Les méthodes actuellement développées sont optimales pour les cartes en intensité totale et pour un régime en signal-sur-bruit faible. Les expériences futures auront un niveau de bruit beaucoup plus bas et seront très sensibles à la polarisation. Dans un troisième temps de la thèse, il faudra explorer de nouvelles méthodes d‘extraction de masse spécifiquement destinées aux futures expériences d’observation du fond diffus cosmologique comme CMB-S4 (https://cmb-s4.org), PICO (arXiv:1902.10541) ou CMB Backlight (arXiv: 1909.01592).

Enfin, on étudiera la précision sur les paramètres cosmologiques que l’on peut espérer obtenir à partir des catalogues d’amas, compte tenu des précisions attendues dans ces expériences futures sur la mesure de masse.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master 2 en Physique, Astrophysique ou Cosmologie

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service de Physique des Particules
Groupe Cosmologie (GCOSMO)
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/09/2020
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Jean-Baptiste Melin  

CEA
DRF/IRFU/DPHP/Cosmo mm
CEA Saclay
IRFU DPhP
Bât. 141
91191 Gif-sur-Yvette
France

Téléphone : +33 1 69 08 73 80

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
PHENIICS
EN SAVOIR PLUS
DIRECTEUR DE THÈSE

Jean-Baptiste Melin

CEA
DRF/IRFU/DPHP/Cosmo mm
CEA Saclay
IRFU DPhP
Bât. 141
91191 Gif-sur-Yvette
France