L'effet Sunyaev-Zel'dovich dans l'analyse du fond diffus cosmologique

The Sunyaev-Zel'dovich effect in the analysis of the Cosmic Microwave Background

• Auteur / Autrice : Nicolas Taburet
• Direction : Nabila Aghanim, Marian Douspis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, Océan, Espace. Astronomie et 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

Galaxies -- Amas

Méthodes statistiques

Cosmologie

Mots clés libres

Estimation des paramètres cosmologiques

Effet SZ

Résumé

Une nouvelle génération de relevés mesure actuellement les anisotropies du fond diffus cosmologique (FDC) aux petites échelles angulaires et va permettre de tester plus avant le modèle standard de la cosmologie. A ces petites échelles les anisotropies primaires sont dominées par celles, secondaires, dues à l'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ) des amas de galaxies. La signature spectrale caractéristique de l'effet SZ permet de construire des catalogues d'amas et d'en soustraire la contribution au FDC primaire. Cependant les résidus SZ des amas non résolus sont susceptibles de biaiser l'estimation des paramètres cosmologiques lors de l'analyse du FDC. Je développe une méthode analytique permettant de calculer ces biais et l'applique au cas d'un relevé de type Planck. Mon travail montre que l'estimation de la valeur de l'indice spectral du spectre des fluctuations initiales peut être biaisée à hauteur de plusieurs sigmas. Suite à ce constat, je développe une méthode permettant d'extraire l'information cosmologique simultanément des spectres de puissance du FDC et du SZ en prenant en compte l'entière dépendance cosmologique du signal SZ. Je compare mon approche avec celles actuellement employées et propose une réanalyse des données FDC déjà publiques (ACBAR, ACT, SPT, WMAP). Je présente également une méthode originale pour mettre en évidence l'effet Sachs-Wolfe intégré, signe de la présence d'énergie sombre dans un univers euclidien. L'effet SZ est utilisé pour tracer la distribution de matière et l'exploitation de sa signature fréquentielle caractéristique permet d'uniquement employer des données FDC. Enfin, je discute des contaminants pouvant affecter cette détection.

Second generation cosmic microwave background (CMB) experiments are now measuring the CMB anisotropies at arcminute scales so as to further test the standard LambdaCDM cosmological model. At those small scales, the secondary anisotropies due to the galaxy clusters Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect dominate over the primary ones. Using the SZ effect characteristic spectral signature, one can build galaxy clusters catalogues and remove their secondary contribution from the primary CMB. Some level of SZ residuals will nevertheless remain in the CMB data and their contribution to the CMB angular power spectrum is likely to bias cosmological parameter estimation. I develop an analytical method to calculate those biases and apply it to the study case of a Planck like mission. The results show that SZ residuals can bias the estimation of the spectral index at a level of several times the expected accuracy on that parameter. Consequently I develop a coherent method that allows us to simultaneously extract cosmological information from the CMB and SZ power spectra and that fully accounts for the SZ spectrum dependency with cosmology. I compare this new approach to those frequently used, and present a reanalysis of the latest public CMB data (ACBAR, ACT, SPT, WMAP). The last section of my manuscript presents an original method to extract the integrated Sachs-Wolfe effect, that is a powerful dark energy probe in a euclidean universe, out of pure CMB data. This is made possible using the SZ effect, which traces the matter distribution, and exploiting its spectral signature. Finally, I discuss the possible contaminations to this ISW-SZ detection.