Du CMB au CIB : formation des étoiles, énergie noire et kSZ

From the CMB to CIB : dusty star formation, dark energy and kSZ

• Auteur / Autrice : Abhishek Sanjay Maniyar
• Direction : Guilaine Lagache
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Astrophysique et cosmologie
• Date : Soutenance le 19/09/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Courtois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Bethermin, Mathieu Langer, Philip Bull
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David N. Spergel, Jean-Loup Puget

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière noire (astronomie)

Formation stellaire

Formation des galaxies

Astronomie infrarouge

Cosmogonie

Mots clés libres

.

Cib

Cmb

Isw

Dark energy

Star fromation history

Effective bias

Ksz

Tsz

CIBxtSZ

Cosmology

Halo model

Résumé

Le fond diffus infrarouge (CIB) provient de l'émission IR cumulée des galaxies sur toute l'histoire de l'Univers. Ainsi, le CIB sonde la formation et l'évolution des galaxies sur une grande gamme de décalage vers le rouge. Dans cette thèse, nous utilisons les anisotropies du CIB pour: i) Mesurer l'histoire de la formation des étoiles de l'Univers et le biais effectif des halos de matière noire hébergeant les galaxies CIB jusqu'à un décalage rouge élevé. En utilisant ces mesures, nous calculons la masse typique de ces halos de matière noire, sur une grande gamme de décalage vers le rouge. ii) En utilisant le CIB comme traceur de la structure à grande échelle, la corrélation croisée avec le CMB fournit une sonde alternative de l'énergie noire. Nous montrons que le CIB, extrait sur une grande fraction du ciel, peut fournir la meilleure mesure de l'effet ISW. En utilisant un formalisme matriciel de Fisher, nous prédisons l'amélioration des contraintes sur les paramètres cosmologiques en utilisant l'ISW mesuré avec le CIB. iii) Mesurer le spectre de puissance de l'effet Sunyaev-Zel'dovich cinétique (kSZ) caché dans les données du CMB. Nous améliorons les analyses existantes en combinant les mesures du CIB (de Planck/HFI et Herschel/SPIRE) et les observations de Planck, SPT et ACT pour étendre la gamme des échelles spatiales et des fréquences afin de faciliter la mesure du kSZ. Nous développons un nouveau modèle pour le CIB (pour pouvoir tenir compte des petites échelles spatiales), et modélisons de façon cohérente l'effet SZ thermique (tSZ) et la corrélation CIBxtSZ. Ceci est nécessaire pour séparer avec précision ces différentes composantes dans le spectre de puissance

The CIB is the cumulative infrared emission from all the galaxies throughout cosmic history. Its distinct frequency-redshift dependence allows to probe a large span of redshifts. In this thesis, we utilise the CIB anisotropies detected by the Planck satellite to:i) Measure the star formation history of the Universe and the effective bias of the dark matter halos hosting the CIB galaxies to a high redshift. Using these measurements, we calculate the typical mass of the host dark matter halos for the CIB galaxies at different times.ii) Using the CIB as a tracer of the large scale structure, the cross-correlation with the CMB provides with an alternative probe of the dark energy. We showed that the CIB, extracted on a large fraction of the sky, may provide the best Integrated Sachs Wolf measurement (in terms of S/N ratio). Using a Fisher matrix formalism, we also predict the improvement on the constraints on the cosmological parameters using the ISW measured with this technique. We cross-correlate the best available maps of the CIB and the CMB and find that the dust residuals in the CIB maps are too high to detect the ISW through this method.iii) Measure the kinetic Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) power spectrum hidden in the CMB power spectrum. We improve upon the existing analysis by combining the CIB measurements (from Planck/HFI and Herschel/SPIRE) and multi-frequency observations by Planck, SPT and ACT to extend the range of scales and frequencies to facilitate the kSZ measurement. We develop a power spectrum analysis based on physically motivated but simplistic and consistent models of foreground components (CIB, tSZ, tSZxCIB) to accurately separate the kSZ from the CMB