Velocity and density fields on cosmological scales : modelisation via non-linear reconstruction techniques and application to wide spectroscopic surveys

par Elena Sarpa

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière. Astrophysique et cosmologie

Sous la direction de Jean-Gabriel Cuby, Sabino Matarrese et de Carlo Schimd.

Soutenue le 17-12-2019

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille) , en partenariat avec Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) (laboratoire) .

Le président du jury était Oliver Hahn.

Le jury était composé de Sabino Matarrese, Carmelita Carbonne, Hélène Courtois, Nicholas Kaiser.

Les rapporteurs étaient Luigi Guzzo, Martin White.

  • Titre traduit

    Champs de vitesse et de densité aux échelles cosmologiques : modélisation par techniques de reconstruction non linéaires et applications aux grands sondages spectroscopiques


  • Résumé

    Un nouvel algorithme de reconstruction entièrement non-linéaire, basé sur le principe de moindre action, extension du Fast Action Minimization method (Nusser & Branchini, 2000), conçu pour applications aux sondages spectroscopiques de galaxies, est présenté. Sa capacité de reconstruire le champ de vitesse à partir du champ de densité observé et testée sur des catalogues de halo de matière noire: les trajectoires de 10^6 halos sont tracées en arrier dans le temps, bien au-delà de l'approximation lagrangienne du premier ordre. Les vittes propres sont modélisées avec succès à la fois dans l'espace réel et dans l'espace du redshift. Le nouvel algorithme est utilisé pour déterminer avec plud grande précision l'échelle des Oscillations Acoustiques de Baryons (BAO) à partir de la fonction de corrélation à deux points. Des tests sur des catalogues de halos de matière montrent comment le nouvel algorithme récupère avec succès les BAO dans l'espace réel et du redshift, également pour des catalogues synthétiques (mocks) exceptionnelles où la signature des BAO est à la mauvaise échelle où absent. Cette technique se révèle plus puissante que l'approximation linéaire, en fournissant une mesure non baiaisée de l'échelle BAO. L'algorithme est ensuite testée sur des mocks de galaxies à faible redshift spécifiquement conçues pour correspondre au functions de corrélation des galaxies lumineuses rouges du catalogue SDSS-DR12. Enfin, l'application à l'analyse des vides cosmiques est présentée, montrant la grande potentialité d'une modélisation non-linéaire du champ de vitesse pour restaurer l'isotropie intrinsèque des vides


  • Résumé

    A new fully non-linear reconstruction algorithm, based on the least-action principle and extending the Fast Action Minimisation method by is presented, intended for applications with the next-generation massive spectroscopic surveys. Its capability of recovering the velocity field starting from the observed density field is tested on dark-matter halo catalogues simulation to trace the trajectories of up to 10^6 haloes backward-in-time. Both in real and redshift-space it successfully recovers the peculiar velocities. The new algorithm is first employed for the accurate recovery of the Baryonic Acoustic Oscillations (BAO) scale in two-point correlation functions. Tests on dark-matter halo catalogues show how the new algorithm successfully recovers the BAO feature in real and redshift-space, also for anomalous samples showing misplaced or absent signature of BAO. A comparison with the first-order Lagrangian reconstruction is presented, showing that this techniques outperforms the linear approximation in recovering an unbiased measurement of the BAO scale. A second version of the algorithm accounting for the survey geometry and the bias of tracers is finally tested on low-redshift galaxy samples extracted form mocks specifically designed to match the SDSS-DR12 LRG clustering. The analysis of the anisotropic clustering indicates the non-linear reconstruction as a fundamental tool to brake the degeneracy between redshift-space distortion and the Alcock-Paczynski effect. Finally the application to the cosmic voids analysis is introduced, showing the great potentiality of a non-linear modelling of the velocity field in restoring the intrinsic isotropy of voids

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