Thèse soutenue

Le rôle de la polarisation dans les relevés à 21 cm

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Auteur / Autrice : Zheng Zhang
Direction : Martin BucherNick Kaiser
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique de l'univers
Date : Soutenance le 12/10/2023
Etablissement(s) : Université Paris Cité
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AstroParticule et Cosmologie (Paris ; 2005-....)
Jury : Président / Présidente : Alessandra Tonazzo
Examinateurs / Examinatrices : Kavilan Moodley, Ken Ganga
Rapporteur / Rapporteuse : Philip Bull, Marta Spinelli

Mots clés

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Résumé

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Au cours de la dernière décennie, l'utilisation de la cartographie d'intensité (IM) à 21 cm comme sonde des grandes structures de l'Univers a connu un regain d'intérêt. La détection du signal à 21 cm est cependant difficile, car le signal extragalactique recherché est masqué par des avant-plans galactiques de trois à quatre ordres de grandeur plus brillants. L'avant-plan galactique étant spectralement lisse, il est théoriquement possible d'extraire le signal extragalactique recherché. Cependant, les systématiques instrumentales peuvent mélanger une partie de cet avant-plan spectralement lisse avec les composantes variant rapidement avec la fréquence pour qu'il soit confondu avec le signal extragalactique. La fuite de polarisation est l'un des défis les plus difficiles à relever car l'avant-plan fortement polarisé subit une rotation de Faraday lorsqu'il se propage dans le milieu interstellaire en présence du champ magnétique galactique. Bien que le signal cosmologique souhaité soit non polarisé, les observations radio étant basées sur la polarimétrie, une représentation inexacte des mesures de polarisation entraîne une fuite de l'avant-plan polarisé dans le signal. Les avant-plans polarisés avec une structure spectrale complexe compliquent l'élimination des avant-plans basée sur la régularité spectrale de l'avant-plan galactique. Dans cette thèse, nous considérons plusieurs aspects du rôle de la polarisation dans la cartographie d'intensité à 21 cm. Nous passons en revue les mesures de polarisation du ciel radio, nous formalisons la mesure du signal de tension en termes de la figure du champ lointain de l'antenne, et nous présentons un modèle de mesures de puissance polarisée. En utilisant l'approximation linéaire, nous décrivons le processus de mesure et d'analyse des données. Nous définissons des opérateurs de projection de données qui réalisent un compromis optimal entre plusieurs objectifs de réduction ou d'extraction de données, y compris le rejet de la polarisation, la réduction du bruit et la sélection et le masquaas de degrés de liberté spécifiques du faisceau. Nous proposons également une stratégie optimale d'extraction des composante I de Stokes. En introduisant des spectres de puissance a priori sur le ciel polarisé, nous montrons que trouver les modes appropriés dominés par Stokes I est une question d'intégration de la polarisation. Enfin, nous développons une figure de mérite pour quantifier l'impact d'une caractérisation inexacte et imprécise du faisceau et de sa complexité sur l'extraction de la carte d'intensité. En introduisant une description statistique des erreurs systématiques du faisceau, nous modélisons l'impact de la fuite de polarisation et du mélange de modes dans la reconstruction des composante I de Stokes. En utilisant des modèles statistiques du ciel et du bruit, nous évaluons le rapport signal/bruit (SNR) de chaque mode de Fourier avant et après la prise en compte de l'incertitude du faisceau. Une figure de mérite (FoM) est ensuite définie pour établis un classement les antennes en fonction du facteur par lequel le SNR total pour la détection d'un signal cosmologique est réduit après la prise en compte de l'erreur d'incertitude du faisceau.