Alternative probes in cosmology : gravitational lens time-delays & dark matter halo sparsity
by Irène Balmès
Doctoral thesis in Astronomie et astrophysique
Under the supervision of Jean-Michel Alimi and Pier Stefano Corasaniti.
defended on 2013
in Paris 7 .
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Abstract
The goal of this thesis was to study cosmological probes. We focused on time-delays in lenses and density profiles of halos. For the former, we use Bayesian methods to test strong lens models and select a subsample suitable for cosmological parameter inference. To this end we apply a Bayes factor analysis to synthetic catalogs of lense. With angular structure. We focus on double lenses. Through a likelihood analysis we recover the input value of HO to within 3sigma statistical uncertainty. We apply this methodology to observed double lenses and obtain three lenses in which a simple power-law model is favored. Assuming a flat ACDM cosmology, the combined likelihood data analysis of such systems gives h = 0. 76+0. 15-0. 05. The next generation of cosmic structure surveys will provide larger lens datasets and this method can be useful to select homogeneous lens subsamples adapted to unbiased cosmological parameter inference. In a second part we focus on the imprint of dark energy on the density profile of Dark Matter halos using cosmological N-body simulations from DEUSS. We first focus on the analysis of the chi-square of the NFW profile. The fraction of halos ill-fitted varies with cosmology, indicating that the mass assembly in unrelaxed halos carries a signature of dark energy. To access this information independently of the NFW profile, we introduce a new observable quantity: the sparsity. This is defined as the ratio of masses M200/MDelta. We find the average sparsity to be nearly independent of the total halo mass. Most importantly, we find that the sparsity varies significantly with the underlying dark energy model, thus providing an alternative cosmological test.
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Alternative Title
Des sondes alternatives de la cosmologie : le décalage temporel des lentilles gravitationnelles et la sparsité des halos de matière noire
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Abstract
Le but de cette thèse était l'étude de sondes de la cosmologie, en l'espèce les décalages temporels des lentilles et les profils de densité des halos. D'abord, nous utilisons des méthodes Bayesiennes pour tester les modèles de lentilles et sélectionner un sous-ensemble adapté à l'inférence des paramètres cosmologiques. Dans ce but, nous employons l'analyse des facteurs de Bayes sur des catalogues simulés. Nous sélectionnons un sous-ensemble de lentilles doubles pour lequel l'évidence favorise une description simple. Une analyse en vraisemblance retrouve alors la constante de Hubble à 3a. Sur les lentilles observées, nous obtenons trois lentilles favorisant un modèle simple. En faisant l'hypothèse d'une cosmologie ACDM plate, la vraisemblance combinée donne h = 0. 76+0. 15-0. 05. Les nouveaux relevés des grandes structures donneront accès à de plus grands ensembles de lentilles et cette méthode sera utile pour sélectionner des sous-ensembles homogène de lentilles. Ensuite, nous étudions l'empreinte de l'énergie noire sur le profil des halos en utilisant des simulations cosmologiques DEUSS. Nous étudions la qualité de l'ajustement à un profil NFW. La fraction de halos mal décrits par NFW varie avec la cosmologie, indiquant que l'accrétion de masse sur les halos non-relaxés porte une signature de l'énergie noire. Pour accéder à cette information indépendamment du profil NFW, nous introduisons une nouvelle quantité observable : la sparsité. Celle-ci est définie comme le ratio M200/MA. La sparsité moyenne est pratiquement indépendante de la masse du halo. Par ailleurs, la sparsité varie avec le modèle d'énergie noire sous-jacent, ce qui fournit un test alternatif de la cosmologie.
