Analyse des données du fond diffus cosmologique : simulation et séparation de composantes

Analysis of cosmic microwave background measurements : simulation and component separation

• Auteur / Autrice : Marc Betoule
• Direction : Jacques Delabrouille, Marc-Antoine Miville-Deschênes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Delabrouille, Marc-Antoine Miville-Deschênes, Gianfranco De Zotti, François-Xavier Désert, François Bouchet, Anne Ealet, Olivier Forni, Didier Pelat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gianfranco De Zotti, François-Xavier Désert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cosmologie

Analyse des données

Ondelettes

Fond diffus cosmologique

Résumé

La prochaine génération d'expériences dédiées à la mesure des anisotropies de température et de polarisation du fond diffus cosmologique (CMB), inaugurée avec le lancement de Planck, va permettre la détection et l'étude d'effets de plus en plus fins. Toutefois, la superposition d'émissions astrophysiques d'avant-plan contamine le signal cosmologique et constituera, dans ces futures données, la principale source d'incertitude devant le bruit instrumental. L'amélioration de la modélisation des émissions d'avant-plan et le développement de méthodes statistiques pour permettre leur séparation sont donc des étapes cruciales de l'analyse scientifique des mesures à venir. Ce travail s'inscrit dans cette problématique et comprend le développement du Planck Sky Model, un outil de modélisation et de simulation de l'émission du ciel. Ces simulations sont par ailleurs mises à profit pour le développement et l'évaluation de méthode statistiques adaptées au problème des avant-plans. Nous explorons ainsi les possibilités offertes par l'analyse en ondelettes sur la sphère (needlets) pour le problème de l'estimation spectrale sur des mesures incomplètes avec une contamination inhomogène, et proposons une méthode pour traiter la contamination induites aux petites échelles par les sources ponctuelles dans les données Planck et WMAP. Nous étudions également l'impact des avant-plans sur la possibilité de détection des ondes gravitationnelles primordiales (prédites par l'inflation) et proposons une prospective des performances des futures missions dédiées à leur mesure.

The next generation of experiments dedicated to measuring temperature and polarization anisotropies of the microwave background radiation (CMB), inaugurated with the launch of the Planck satellite, will enable the detection and study of increasingly subtle effects. However, the superposition of astrophysical foreground emissions hinder the analysis of the cosmological signal and will contribute as the main source of uncertainty in the forthcoming measurements. An improved modeling of foreground emissions and the development of statistical methods to extract the cosmological information from this contamination are thus crucial steps in the scientific analysis of incoming datasets. In this work we describe the development of the Planck Sky Model, a tool for modeling and simulating the sky emission. We then make use of these simulations to develop and evaluate statistical treatments of foreground emission. We explore the efficiency of wavelet analysis on the sphere (needlets) in the domain of spectral estimation on incomplete data with inhomogeneous contamination, and design a method for treating small scales contamination induced by point sources in the Planck and WMAP data. We also study the impact of foregrounds on our ability to detect primordial gravitational waves (predicted by inflation) and offer forecasts of the performance of future dedicated experiments.