Effects of baryons on the statistical properties of large scale structure of the Universe

• Auteur / Autrice : Thomas Guillet
• Direction : Romain Teyssier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace. Astrophysique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Cosmologie

Galaxies

Résumé

Les observations de lentilles faibles gravitationnelles sont en mesure de fournir des pistes quant à la nature de l'énergie noire et ses propriétés. Leur interprétation est rendue plus difficile par la physique des baryons qui modifie la distribution totale de matière à petite échelle. Mon travail s'est axé sur la détermination et la modélisation des effets des baryons sur les statistiques de la distribution de matière dans l'Univers. En mettant en oeuvre des simulations numériques, j'ai mesuré l'effet des baryons prédit par ces simulations sur le spectre en puissance, la variance et le troisième moment de la distribution de matière. J'ai montré qu'un modèle de halo, incluant la présence de baryons sous la forme d'une concentration centrale de matière dans les halos, reproduit avec précision la variance et le troisième moment du champ de densité. En raison des problèmes connus relatifs aux baryons observés dans les simulations cosmologiques actuelles, j'ai développé le modèle afin d'inclure des ingrédients connus par des observations. J'ai appliqué ce modèle à la détermination des paramètres d'énergie noire à partir de l'expérience Euclid, qui verra le jour dans un futur proche. Au cours de ce travail, j'ai également travaillé au développement et à l'extension du code RAMSES, notamment en développant un solveur d'autogravité parallèle, qui apporte des gains de performance significatifs, en particulier pour la simulation de certaines configurations astrophysiques comme les galaxies isolées et les amas.

Observations of weak gravitational lensing will provide strong constraints on the cosmic expansion history and the growth rate of large scale structure, yielding clues to the properties and nature of dark energy. Their interpretation is impacted by baryonic physics, which are expected to modify the total matter distribution at small scales. My work has focused on determining and modeling the impact of baryons on the statistics of the large scale matter distribution in the Universe. Using numerical simulations, I have extracted the effect of baryons on the power spectrum, variance and skewness of the total density field as predicted by these simulations. I have shown that a model based on the halo model construction, featuring a concentrated central component to account for cool condensed baryons, is able to reproduce accurately, and down to very small scales, the measured amplifications of both the variance and skewness of the density field. Because of well-known issues with baryons in current cosmological simulations, I have extended the central component model to rely on as many observation-based ingredients as possible. As an application, I have studied the effect of baryons on the predictions of the upcoming Euclid weak lensing survey. During the course of this work, I have also worked at developing and extending the RAMSES code, in particular by developing a parallel self-gravity solver, which offers significant performance gains, in particular for the simulation of some astrophysical setups such as isolated galaxy or cluster simulations.