Avancées vers la cosmologie de précision avec le Void-Lensing : aspects observationnels et modélisation

Advancements towards precision cosmology with Void-Lensing : observational aspects and modelling

• Auteur / Autrice : Renan Isquierdo Boschetti
• Direction : Stéphanie Escoffier, Eric Jullo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Sciences de la matière. Astrophysique et cosmologie
• Date : Soutenance le 06/02/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique des particules de Marseille (CPPM) - Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) - Institut Physique de l’Univers - IPHU AMU
• Jury : Président / Présidente : Cristinel Diaconu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alice Pisani, Sandrine Codis-Decara, Ravi Sheth
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nico Hamaus, Martin Kilbinger
• DOI : 10.70675/5d24177az526ez4bf1zba48zefd1c09aca71

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cosmologie

Lentilles gravitationnelles

Formation des structures (sciences physiques)

Structure à grande échelle (astronomie)

Matière noire (astronomie)

Galaxies

Halos galactiques

Neutrinos

Relativité générale (physique)

Télescope spatial Euclid

Spectrographes

Mots clés libres

Vides cosmiques

Lentilles gravitationnelles

Gravité

Formation de structures

Cosmic voids

Weak lensing

Gravity

Structure formation

Résumé

Face à l'abondance des données cosmologiques provenant des enquêtes sur la Structure à Grande Échelle (SGÉ) telles qu'Euclid et DESI, l'un des défis centraux de cette ère est de savoir comment interpréter et optimiser l'extraction d'informations physiques pertinentes. Cette tâche passe par l'identification de traceurs discrets de la SGÉ, chacun traçant le champ de matière noire sous-jacent d'une manière particulière et portant donc des informations sur les détails des structures sous-jacentes de la matière noire (MN). Un type particulier de traceur de la SGÉ est constitué par les vides cosmiques, qui consistent, de manière générale, en de grandes sous-densités situées entre les amas, les filaments et les parois, dominant le volume de l'Univers. Ces vides ont généralement un rayon variant de quelques h-1 Mpc à environ ≤ 100h−1Mpc. Ainsi, ils peuplent la SGÉ d'une manière très distincte par rapport aux galaxies ou aux halos, comme en témoigne, par exemple, leur biais linéaire négatif. Ainsi, ces structures portent des informations complémentaires aux statistiques des traceurs lumineux. En effet, il a été démontré que les profils de densité des vides, ainsi que leur abondance, sont particulièrement sensibles à l'énergie sombre, aux neutrinos massifs, aux non-gaussianités primordiales et aux modifications de la relativité générale. Dans cette thèse, nous présentons une étude du signal de lentille gravitationnelle des vides ou de l'excès de densité de masse en surface (ESMD) autour des vides cosmiques. Tout d'abord, nous proposons un nouvel algorithme de recherche de vides conçu pour capturer l'ESMD autour des vides. Nous comparons notre algorithme appliqué à des tranches projetées avec le détecteur de vides ZOBOV et trouvons des profils de faible lentille significativement plus profonds pour les vides définis par notre algorithme dans le cadre d'une simulation réaliste de galaxies. Ensuite, nous testons la cohérence entre les mesures de l'ESMD telles que mesurées par la déformation des galaxies en arrière-plan et calculées directement à travers les profils de densité de matière noire des mêmes vides. Nous avons trouvé des incohérences pour les vides avec un diamètre ≤ 100h−1Mpc le long de la ligne de visée, mais la cohérence est maintenue pour les vides plus petits, ce qui signifie que nous sondons effectivement le champ de matière noire sous-jacent en mesurant la déformation autour de ces vides. De plus, nous montrons que les vides trouvés dans les tranches projetées, qui sont très sensibles à la lentille gravitationnelle, sont corrélés aux vides en 3D présentant des alignements intrinsèques entre eux. Nous présentons également un travail moins avancé sur la modélisation de l'ESMD. Nous nous appuyons sur l'idée que les vides projetés, qui sont plus sensibles au signal ESMD, sont des combinaisons des vides définis dans le champ de densité en 3D. Nous proposons Ansatz pour relier les deux grandeurs. Cette connexion dépend de l'abondance des vides en 3D, ainsi que de la corrélation croisée entre les positions des vides en 3D et 2D. Nous avons effectué des mesures de ces grandeurs sur des simulations N-corps pour tester le modèle. Le modèle est capable de reproduire le profil de vide projeté dans le régime des deux vides, tandis qu'il présente des discrépances dans le terme d'un seul vide. Dans l'introduction, nous effectuons une brève revue des bases de la théorie des perturbations linéaires. Nous présentons également des revues sur la faible lentille gravitationnelle et la phénoménologie des vides

Given the abundance of cosmological data coming from Large-Scale Structure (LSS) surveys such as Euclid and DESI, one of the central challenges of this era is to know how to interpret and optimize the extraction of relevant physical information. This task passes through the identification of discrete tracers of LSS, each one tracing the underlying dark matter field in a particular way and therefore carrying information about the details of the underlying Dark Matter (DM) structures. One particular type of tracer of LSS is cosmic voids, which consists, generically speaking, of large underdensities located in-between clusters, filaments and walls, dominating the volume of the Universe. These voids typically range from a few h-1Mpc up to ≤ 100h−1Mpc in radius. Hence, they populate the LSS in a very distinct manner compared to galaxies or halos, as evidenced, for instance, by their negative linear bias. Thus, these structure scarry complementary information to luminous tracer statistics. In fact, it has been shown that the density profiles of voids, as well as their abundance, are particularly sensitive to dark energy, massive neutrinos, primordial non-gaussianities and modifications to general relativity. In this thesis, we present a study of the void lensing signal or the excess surface mass density (ESMD) around cosmic voids. First, we propose a new void-finder algorithm that is designed to capture the ESMD around voids. We compare our algorithm applied to projected slices with the ZOBOV void finder and find significantly deeper weak-lensing profiles for voids defined by our algorithm in the context of a realistic galaxy mock. Then we test the consistency between the measurements of the ESMD as measured through the shear of background galaxies and directly calculated through the dark matter density profiles of the same voids. We found inconsistencies for voids with diameter ≤ 100h-1Mpc along the line-of-sight, but the consistency holds for smaller voids, meaning that we are indeed probing the underlying dark matter field by measuring the shear around these voids. moreover, we show that voids found in the projected slices, which are highly sensitive to lensing, are correlated to 3D voids exhibiting intrinsic alignments between them. We also present a less mature work on the ESMD modelling. We rely on the idea that the projected voids, which are more sensitive to the ESMD signal, are combinations of the voids defined in the 3D density field. We propose an Ansatz to connect both quantities. This connection depends on the 3D void abundance, as well as on the cross-correlation between the 3D and 2D void positions. We performed measurements of these quantities on N-body simulations to test the model. The model is capable of reproducing the projected void profile in the two-void regime, whereas present discrepancies in the one-void term. In the introduction we make a brief review of the basics of linear perturbation theory. We also present reviews of weak-lensing and the phenomenology of voids