Large imaging surveys for cosmology : Cosmic magnification and photometric calibration

par Alexandre Boucaud

Thèse de doctorat en Champs, particules, matière

Sous la direction de James Bartlett et de Michel Crézé.

Soutenue en 2013

à Paris 7 .

mots clés

• Cosmologie
• Matière sombre (astronomie)
• Lentilles gravitationnelles
• Contraintes (mécanique)

Titre traduit

Grands relevés cosmologiques : amplification cosmique et étalonnage de la photométrie

Résumé

Ce travail de thèse se focalise sur l'usage de grands sondages pour extraire de l'information sur la cosmologie. Une photométrie de précision joue un rôle clé dans cette quête à travers la détermination de redshifts photométriques ainsi que la propagation des erreurs liées dans les résultats cosmologiques ; thème qui unit les deux parties de cette thèse. Après une revue de la cosmologie et des mesures favorisant le modèle Lambda-CDM, ainsi qu'une description du Large Synoptic Survey Telescope (LSST), la première partie de ce travail se porte sur l'étude de la variation des principaux constituants de l'atmosphère sur la photométrie au sol, sur le site du LSST à Cerro Pachón, au Chili. Nous utilisons des données récentes sur l'ozone, la vapeur d'eau et les aérosols pour en construire une simulation de longue durée et estimer quantitativement l'influence des gradients spatiaux et temporels de ces constituants sur la procédure de la calibration du LSST. La deuxième partie de ce travail débute par une description théorique de l'effet de lentille gravitationnelle, avec un accent sur le lentillage faible. Après une comparaison des avantages et inconvénients inhérents aux mesures de cisaillement cosmique, nous explorons l'utilisation de l'amplification cosmique conjointement à la séparation tomographique en redshift permise par le LSST afin de contraindre les modèles. Nous trouvons que l'amplification cosmique, bien qu'affectée par le clustering intrinsèque, représente une sonde prometteuse du biais des galaxies et de l'énergie noire, complémentaire au cisaillement cosmique, et qui augmente la robustesse des contraintes cosmologiques provenant des mêmes relevés.

Résumé

This thesis work focuses on the use of deep, wide field surveys such as LSST to extract new cosmological information. Precise photometry plays a large role in this quest, through the determination of photometric redshifts and the propagation of photometric errors into the cosmological results. This is a unifying theme which effectively ties both parts of the thesis together. After a general review of cosmology and the measurements that support the Lambda-CDM model, and a description of the Large Synoptic Survey Telescope (LSST), the first part of this work deals with the influence of the variation of main atmospheric constituents on ground-based photometry, focusing particularly on the LSST site at Cerro Pachón, Chile. We process aIl recent available data on ozone, water vapor and aerosols to construct a long-term atmospheric simulation and estimate quantitatively how the spatial and temporal gradients of these constituents would affect LSST calibration process. The second part of this work starts with a theoretical description of gravitational lensing, concentrating on the weak lensing aspect. After discussing the advantages and difficulties of cosmic shear measurements, we explore the use of cosmic magnification, together with the redshift tomography enabled by the LSST, to constrain cosmological models. We find that cosmic magnification covariance is beset by intrinsic clustering but nevertheless represents a useful probe of galaxy bias and dark energy that complements cosmic shear, and which can increase the robustness of cosmological constraints from lensing surveys.