Weak lensing analysis of the Canada-France Imaging Survey : from pixels to cosmology, preparation for the Euclid mission

Titre traduit

Analyse du lentillage gravitationnel faible avec le relevé Canada-France Imaging Survey : des pixels à la cosmology, préparation de la mission Euclid
Résumé

Parmi les grandes questions auxquelles la cosmologie fait face aujourd’hui, la nature de la matière noire et de l’énergie noire sont au centre des relevés à venir. Les futures missions de stade IV Euclid et LSST vont couvrir une surface du ciel jamais atteinte auparavant dans le but de révéler les structures aux très grandes échelles et de différentes époques. Le lentillage gravitationnel faible sera une des sondes cosmologiques utilisées pour tracer la matière noire. Le lentillage gravitationnel est un phénomène physique qui utilise la distorsion de la lumière pour tracer la présence de masses dans l’Univers. Ce qui est intéressant avec le lentillage gravitationnel faible est sa sensitivité à la masse totale, i.e. baryonique et non-baryonique. Dû au lentillage gravitationnel, les galaxies distantes apparaissent distordues sur les images observées. La mesure des distorsions provoquées par le cisaillement gravitationnel requiert une très précise estimation des formes des galaxies. Cette thèse présentera la chaîne de réduction de données construites pour l’étude du lentillage gravitationnel faible, depuis le télescope jusqu’à l’inférence des paramètres cosmologiques. Le travail se focalise sur l’analyse du relevé Canada-France Imaging Survey (CFIS), un relevé couvrant 5,000 deg2 de l’hémisphère Nord dans les bandes u et r. La haute résolution et la profondeur de ces données en font à ce jour un des meilleurs candidats pour l’étude de la science du lentillage gravitationnel faible. Entre autres choses, la mesure précise de la forme des galaxies nécessite une très bonne connaissance de la PSF pour laquelle une suite de tests ont été développés pour la validation. Dû au bruit, et l’utilisation d’approximations pour la mesure de formes, les résultats peuvent être biaisés. Par l’utilisation de techniques de pointe comme la Metacalibration, les biais multiplicatifs et additifs résiduels ont été réduits à m < 0.1% et c < 0.001% respectivement. Cette thèse présentera aussi le travail qui est demandé pour le développement d’une chaîne de traitements pour du lentillage gravitationnel faible, comme l’élaboration de simulations d’images très précises et représentatives des données. Nous présenterons les tests de validations réalisés pour assurer une mesure dénuée d’erreurs systématiques. Enfin, des résultats scientifiques préliminaires seront présentés pour démontrer la viabilité de la chaîne de traitements. Nous avons construit des cartes de matière noire sur une surface de 2,000 deg2. Nous avons mesuré et comparé aux prédictions théoriques le cisaillement gravitationnel tangentiel autour d’environ 50 amas. Pour conclure, nous présenterons une première analyse 3x2 points combinant le lentillage gravitationnel faible de l’étude réalisée sur CFIS et la mesure du décalage vers le rouge des galaxies des observations de eBOSS sur les 50 deg2 choisis dans le but de vérifications scientifiques.

mots clés

Résumé

Among the big questions cosmology faces today, the nature of dark matter and dark energy are at the center of upcoming surveys. The future stage IV missions Euclid and LSST will cover a surface on the sky never reached before to unveil structures at very large scales and different epochs. Weak gravitational lensing will be one of the cosmological probes used to trace dark matter. Gravitational lensing is a physical phenomenon which uses the distortion of light to trace the presence of mass in the Universe. The interesting point of weak lensing is its sensitivity to total mass, i.e. baryonic and non-baryonic. Due to gravitational lensing, distant galaxies will appear distorted on the observed images. The measurement of the distortions induced by gravitational shear requires a very accurate estimation of the shape of galaxies. This thesis will present the data reduction pipeline built for weak lensing studies, from the telescope to cosmological parameter inference. The work focuses on the analysis of the Canada-France Imaging Survey (CFIS), a u- and r-band survey covering 5,000 deg2 in the Northern hemisphere. The high resolution and depth of those data make it one the best survey candidates for weak lensing science to date. Among other things, accurate measurement of the shape galaxies requires a very good knowledge of the PSF for which a suite of validation tests have been developed. Due to the noise, and approximations used in the shape measurement, the results can be biased. The residual multiplicative and additive biases have been reduced to m < 0.1% and c < 0.001% respectively by using state-of-art techniques such as Metacalibration. This thesis will also present the work that is required for the development of a weak lensing pipeline, such as the elaboration of highly accurate and data-representative image simulations. We will show validation tests performed to ensure systematic-free measurements. Finally, preliminary science results will be presented demonstrating the viability of the pipeline. We have constructed maps of dark matter over a surface of 2,000 deg2. We have measured tangential shear around 50 clusters and compared to theoretical predictions. To conclude, we will present a first 3x2 points analysis combining the weak lensing study performed on CFIS and the redshift measurement from eBOSS observations on the 50 deg2 chosen for science verification purposes.

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