L'amplification cosmique

par Brice Ménard

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Astrophysique

Sous la direction de Yannick Mellier.

Soutenue en 2003

à Paris 11 .

mots clés

• Cosmologie
• Lentilles gravitationnelles
• Quasars

Résumé

Dans le cadre de la formation des structures cosmologiques par effondrement gravitationnel, cette thèse explore les possibilités de mesurer les propriétés statistiques du champ de densité cosmologique en utilisant les lentilles gravitationelles. Parmi les deux observables correspondantes: le cisaillement (ou "shear") et l'amplification, ce travail se concentre spécialement sur cette dernière. Nous montrons tout d'abord comment les grandes structures de l'Univers modifient la luminosité apparente des sources lointaines et créent ainsi des corrélations angulaires entre des populations largement séparées en redshift et donc physiquement décorrélées. La mesure de ces corrélations permet de sonder les propriétés statistiques de la distribution de matière dans l'Univers et ainsi de mesurer le spectre de puissance ainsi que les paramètres cosmologiques. De plus, la compréhension de ce phénomène permet de corriger les comptages des effets de lentilles gravitationelles. Après avoir introduit le concept principal du phénomène de lentilles gravitationnelles, les principaux résultats théoriques présentés dans cette thèse sont 1) l'estimation des mesures de corrélations quasars-galaxies attendues avec le Sloan Digital Sky Survey, 2) l'utilisation de statistiques d'ordre supérieures afin de construire un estimateur direct de la densité de matière de l'Univers, 3) une estimation de la précision des modèles théoriques décrivant les statistiques des phénomènes d'amplification. Deux résultats observationnels sont également présentés: 1) la reconstruction de masse de l'amas de galaxies A2029, en utilisant une utilisation statistique de la mesure du cisaillement gravitationnel des galaxies d'arrière plan, 2) une détection d'effets de lentilles gravitationnelles due à la présence de systèmes absorbants le long de la ligne de visée de quasars, réalisée à partir de données du survey 2dF.

Résumé

In the framework of structure formation via gravitational collapse, this work investigates the possibilities of measuring statistical properties of the cosmological density field by using gravitational lensing. Among the two main observational effects: shear and magnification, we will concentrate mostly on the latter. We will show how large-scale structures of the Universe modify the apparent luminosity of background sources and can therefore create some angular correlations between population that are separated in redshift and thus physically uncorrelated. Measuring these correlations allows us to probe the statistical distribution of matter in the Universe and therefore probe the power spectrum and cosmological parameters. Also, it allows us to correct source number counts from lensing effects. After having introduced the principal concepts of gravitational lensing in cosmology, the main theoretical results presented in this thesis are: 1) the expected quasar-galaxy measurements with the ongoing Sloan Digital Sky Survey, 2) the use of higher-order statistics in order to get a direct probe of the matter density, 3) an investigation of the accuracy of theoretical models of magnification-related statistics. Moreover, two observational results are also presented: 1) the mass reconstruction of the galaxy cluster A2029, by using a statistical gravitational shear analysis, 2) detection of weak lensing by absorbers using publicly available data from the 2dF survey.