Mesures unidimensionnelle et tridimensionnelle de la distribution de la matière à partir des forêts Lyman-α d'eBOSS et de DESI

One- and three-dimensional measurements of the matter distribution from eBOSS and first DESI Lyman-α forest samples

• Auteur / Autrice : Corentin Ravoux
• Direction : Eric Armengaud, Nathalie Palanque-Delabrouille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astroparticules et cosmologie
• Date : Soutenance le 22/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de physique des particules (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Henrot-Versillé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Pichon, Stéphanie Escoffier, Andreu Font-Ribera
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Pichon, Stéphanie Escoffier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cosmographie

Tomographie

Simulation, Méthodes de

Cosmologie

Distances (cosmologie)

Modèle Lambda Cold Dark Matter

Quasars

Mots clés libres

Forêt Lyman-alpha

Cosmologie

Spectre de puissance

Tomographie

Vides cosmiques

Simulations

Lyman-alpha forest

Cosmology

Power spectrum

Tomography

Cosmic voids

Simulations

Résumé

La distribution de la matière aux échelles cosmologiques peut être prédite dans le cadre du modèle LambdaCDM. Elle dépend, entre autres, des propriétés de la matière noire et des neutrinos. Les grands relevés spectroscopiques, tels que eBOSS et DESI, visent à fournir une carte de cette distribution de matière. Cette thèse est une contribution à l'étude des échantillons de forêt Lyman-alpha provenant de ces relevés. La forêt Lyman-alpha mesure l'absorption de la lumière de sources distantes par le milieu intergalactique. A ce jour, c'est la meilleure sonde de la distribution de matière à haut redshift et à petite échelle cosmologique (de l'ordre du mégaparsec). Dans cette thèse, j'utilise certains échantillons de forêt Lyman-alpha de eBOSS et DESI, associés à des quasars situés à un redshift z>2, pour étudier leurs propriétés uni- et tri-dimensionnelles. D'une part, je présente la première mesure du spectre de puissance unidimensionnel de la forêt Lyman-alpha avec les données DESI. Comme DESI est un nouvel instrument, je me concentre sur les systématiques instrumentales, contribuant ainsi à l'amélioration de la modélisation du bruit de l'instrument. Ce spectre de puissance 1D sera utilisé pour contraindre le modèle LambdaCDM, la somme des masses des neutrinos, et les propriétés de la matière noire. D'autre part, cette thèse présente une carte tomographique tridimensionnelle, interpolant les forêts Lyman-alpha du relevé eBOSS. Avec un volume proche d'un gigaparsec cube, cette carte est la plus grande reconstruction tomographique 3D créée à partir des forêts Lyman-alpha. Elle retrace les fluctuations de la densité de matière, lissées sur une échelle de 13 mégaparcs, dans la plage de décalage vers le rouge 2.1 < z < 3.2. Je développe un algorithme pour rechercher des candidats proto-amas et vides cosmiques à partir de cette carte. Je mesure ensuite la corrélation entre les positions des vides détectés et l'échantillon de forêt Lyman-alpha utilisé pour construire la carte. Cette mesure fournit la première observation des vitesses particulières du gaz intergalactique (RSD) autour des vides à un redshift aussi élevé. En ajustant un modèle linéaire à cette mesure, je mesure le paramètre associé au RSD beta = 0.52.

The distribution of matter on cosmological scales can be predicted in the framework of the LambdaCDM model. It depends, among other things, on the properties of dark matter and neutrinos. Large spectroscopic surveys, such as eBOSS and DESI, aim to provide a map of this matter distribution. This thesis is a contribution to the study of Lyman-alpha forest samples from these surveys. The Lyman-alpha forest measures the absorption of light from distant sources by the intergalactic medium. As of now, it is the best probe for the distribution of matter at high redshift and small cosmological scale (of the order of a megaparsec). In this thesis, I use some eBOSS and DESI Lyman-alpha forest samples associated with quasars located at a redshift z>2, to study both their one- and three-dimensional properties. On the one hand, I carry out the first measurement of the one-dimensional power spectrum of Lyman-alpha forest with DESI data. Since DESI is a new instrument, I evaluate the instrumental systematics, contributing to the improvement of the instrument's noise modeling. This 1D power spectrum will be used to constrain the LambdaCDM model, the sum of neutrino masses, and the properties of dark matter. On the other hand, I create a three-dimensional tomographic map, by interpolating the Lyman-alpha forests from the eBOSS survey. With a volume approaching one gigaparsec cube, this map is the largest 3D tomographic reconstruction created from a Lyman-alpha forest sample. It traces the fluctuations of matter density, smoothed on a scale of 13 megaparsecs, in the redshift range 2.1 < z < 3.2. I develop an algorithm to search for candidate proto-clusters and cosmic voids from this map. I then measure the correlation between the positions of detected voids and the Lyman-alpha forest sample used to construct the map. This measurement provides the first observation of the peculiar velocities of intergalactic gas (RSD) around voids at such a high redshift. By fitting a linear model to this measurement, I measure the associated RSD-related parameter beta = 0.52.