Des simulations cosmologiques à la détection de matière noire : physique baryonique et formation de galaxies spirales : distribution et dynamique de la matière noire : détection de la matière noire en direction du Soleil avec le télescope à neutrinos Antares

From cosmological simulations to dark matter detection : baryonic physics and spiral galaxy formation : dark matter distribution features : detection of dark matter toward the Sun with the ANTARES neutrino telescope

• Auteur / Autrice : Luis Arturo Nunez de Villavicencio Castine
• Direction : Paschal Coyle, Vincent Bertin, Emmanuel Nezri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Astrophysique et cosmologie
• Date : Soutenance le 12/12/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole 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)
• Jury : Président / Présidente : Éric Kajfasz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marco Cirelli, Gary Mamon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Adrianne Slyz, Miquel Ardid Ramírez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télescope à neutrinos ANTARES

Matière noire (astronomie)

Galaxies spirales

Astrophysique

Mots clés libres

Cosmology

Galaxy formation

Stellar formation

Supernovae feed- back

Dark matter

Neutrino

Neutrino telescopes

Résumé

Cette thèse interdisciplinaire traite de la formation de galaxies spirales et de la phénoménologie de la matière noire ainsi que de sa détection par le télescope à neutrinos ANTARES. Nous réalisons une série de simulations cosmologiques hydrodynamiques de haute résolution avec le code à grille adaptative RAMSES de la même galaxie spirale avec différents modèles de formation stellaire (loi de Kennicut (KS) versus critère dépendant de l’hydrodynamique du gaz et de la turbulence (multi FF)) et de rétro-action de super novae (refroidissement retardé (DC) vs rétro-action mécanique (ME)). Les scénarios plus élaborés (multi FF+DC ou multi FF+ME) sont clairement favorisés et donnent des masses stellaires et des disques plus réalistes. Les distributions résultantes de matière noire dans les halos sont aussi analysées et comparées montrant des différences très significatives. Ces résultats sont assez positifs et très pertinents afin d’améliorer et de calibrer les méthodes d’analyse des données du sondage GAIA. Nous avons aussi réétudié les incertitudes astrophysiques relatives à la distribution de vitesse de matière noire dans le mécanisme de capture des WIMPS par le Soleil et évalué ces effets à environ 15-20% sur le taux de capture. Enfin, en utilisant 10 ans de données du télescope à neutrinos ANTARES et grâce à une amélioration de leur analyse, la sensibilité à la détection de matière noire provenant du Soleil par ANTARES a été améliorée d’un facteur 2-3 par rapport à l’analyse précédente d’ANTARES

This interdisciplinary thesis addresses spiral galaxy formation and dark matter phenomenology as well as its detection by the ANTARES neutrino telescope. A suite of high-resolution cosmological hydrodynamics simulations, with theadaptive mesh refinement code RAMSES, of the same galaxy, is performed using different modellings of stellar formation (Kennicut law (KS) versus gravo-turbulent criteria (multiFF)) and supernovae feed back (delayed cooling (DC) versus mechanical feedback (ME)). The results on the morphology and the properties of the galaxies are compared to observational constraints and high light the impact of baryonic physics on a spiral galaxy. The most elaborated scenarios (multi FF+DC or multi FF+ME) are clearly favoured and give rise to more realistic stellar mass and disc morphology.The resulting dark matter distributions in halos are also analyzed and compared showing some significant differences. The understanding of baryonic physics is crucial to understand the dark matter distribution. Namely, it is specifically modified and contracted by the baryonic potential of each simulation with a determining impact on direct and indirect dark matter detection. Moreover,we also use those informations about the dark matter to probe the Eddington inversion method aiming at predicting phase-space distribution from the gravitationnal potential. Those results are positive and very consistent and promisingin view of GAIA data analysis improvement and calibration. Further more, we also revisit the astrophysical uncertainties related to the dark matter velocity distribution relevant in the capture by the Sun and evaluate those effects to about 15-20% on the capture rate