Amas de galaxies détectés par Planck avec l'effet Sunyaev-Zel'dovich thermique : contraintes cosmologiques et spectre angulaire

Galaxy clusters detected by Planck with the thermal Sunyaev-Zel'dovich effect : cosmological constraints and angular power spectrum

• Auteur / Autrice : Matthieu Roman
• Direction : Jacques Delabrouille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : [Champs, particules, matières]
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectres

Comptages

Galaxies -- Amas

Cosmologie

Résumé

Within the framework defined by general relativity, modern cosmology faces several challenges among which the nature of dark energy, or the behaviour and evolution of ordinary matter trapped inside dark matter potential wells. Galaxy clusters, the largest gravitationally bound structures of the Universe, are particulary well suited to tackle those key questions. The thermal Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect is the inverse Compton interaction of cosmic microwave background photons off electrons in the dense gas within galaxy clusters. With this effect, Planck detected the largest SZ-selected sample currently existing. This work present the cosmological exploitation of Planck cluster catalog, with the construction of a model for cluster counts. The model includes the choice of a mass function and builds scaling laws relating cluster observables to mass. Then, a specific Planck selection function is computed. Using a gridded likelihood or Markov chains Monte-Carlo, the Planck cosmological constraints are established and discussed. Another probe of density fluctuations and their evolution is studied in this work : the SZ angular power spectrum. The component separation method allowing for the extraction of the SZ spectrum is described, as well as its validation on a set of simulations from the Planck Sky Model. Then, forecasts on galaxy clusters constraints for the next generation space missions are presented.

L'un des enjeux de la cosmologie moderne dans le cadre du modèle standard régi par la relativité générale est de déterminer la nature de l'énergie noire et de caractériser le comportement et l'évolution de la matière ordinaire piégée dans les puits de potentiel de la matière noire. Les amas de galaxies, en tant que traceurs uniques de l'évolution des structures, sont particulièrement adaptés pour remplir ces conditions. Grâce à l'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ) thermique, nom donné à l'interaction Compton inverse entre les photons du fond diffus cosmologique et le gaz dense d'électrons au sein des amas de galaxies, Planck a réalisé le plus grand relevé d'amas de galaxies de ce type. Cette thèse montre l'exploitation cosmologique du catalogue d'amas détecté par Planck à travers la construction d'un modèle théorique de comptages d'amas se basant sur une fonction de masse et des lois d'échelle reliant les observables à la masse, et incluant une fonction de sélection spécifique à l'instrument. A l'aide d'une vraisemblance sur grille ou de Monte-Carlo par chaînes de Markov, les contraintes cosmologiques du catalogue d'amas de Planck sont établies. Une autre sonde utilisant l'effet Sunyaev-Zel'dovich thermique est tout aussi sensible aux fluctuations de densité et leur évolution dans le temps : le spectre angulaire du signal SZ. Dans cette thèse est décrite la méthode de séparation de composantes permettant l'extraction du spectre de l'effet SZ, ainsi qu'une validation de la méthode sur un jeu de simulations du Planck Sky Model. Enfin, des perspectives futures concernant les amas de galaxies dans le cadre des prochaines générations de missions spatiales sont explorées.