Cosmologie au-delà du modèle standard avec les mesures précises de la polarisation du fond diffus cosmologique

Cosmology beyond the standard model with precise measurements of the cosmic microwave background polarisation

• Auteur / Autrice : Adrien La Posta
• Direction : Matthieu Tristram, Thibaut Louis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des Astroparticules et Cosmologie
• Date : Soutenance le 28/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juan-Francisco Macias-Pérez, Karim Benabed, Joanna Dunkley, Stéphanie Escoffier, Mickaël Rigault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juan-Francisco Macias-Pérez, Karim Benabed

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèle Lambda Cold Dark Matter

Expansion de l'univers

Cosmologie

Fond diffus cosmologique

Mots clés libres

Fond diffus cosmologique

Cosmologie

Tension de hubble

Modèle Lambda-CDM

Cosmic microwave background

Cosmology

Hubble tension

Lambda-CDM model

Résumé

La cosmologie a connu des progrès remarquables grâce aux mesures de plus en plus précises de différentes sondes cosmologiques telles que les relevés de galaxies, ou le fond diffus cosmologique, permettant l'émergence du modèle standard ΛCDM. Ce modèle fournit une description précise de la structure à grande échelle de l'Univers et de son évolution. Cependant, les mesures locales de la constante de Hubble, qui quantifie le taux d'expansion de l'Univers aujourd'hui, viennent le remettre en cause. La valeur de la constante de Hubble dérivée de l'observation des supernovae de type IA est en désaccord avec la mesure la plus précise de la constante de Hubble obtenue via le fond diffus cosmologique. Cette thèse explore différentes hypothèses qui ont été proposée pour expliquer la tension. Tout d'abord, la différence pourrait provenir d'effets instrumentaux non modélisés dans l'analyse du CMB. Je présente des méthodes pour quantifier les effets systématiques instrumentaux en étudiant la consistance entre les mesures de température et de polarisation du CMB. La tension de Hubble pourrait également être une indication en faveur de la nécessité d'aller au-delà du modèle standard. J'aborde également cette hypothèse en discutant des contraintes obtenues sur un modèle d'énergie noire primordiale, qui induirait une phase d'expansion accélérée dans l'Univers primordial. Je présente également un statut de l'analyse des spectres en puissance pour la future analyse cosmologique des données provenant du télescope ACT (Atacama Cosmology Telescope) qui devrait fournir des contraintes sur la cosmologie indépendantes de Planck avec une précision similaire.

Cosmology has witnessed remarkable progress in recent years with more and more precise observations of different probes, including galaxy surveys and observations of cosmic microwave background, consistently supporting the standard model of cosmology. The ΛCDM model provides an accurate description of the large-scale structure and evolution of the Universe. However, a growing challenge to the ΛCDM model arises from local measurements of the Hubble constant, which quantifies the expansion rate of the Universe at present time. The value of the Hubble constant inferred from type IA supernovae is 5σ discrepant with the most precise determination of the Hubble constant from the CMB. This thesis explores different hypothesis that were proposed to alleviate the tension. First, this difference may have arised from unmodelled instrumental effects in the CMB datasets. I present methods to quantify instrumental systematic effects by studying the consistency of CMB temperature and polarisation. The Hubble tension may also be a hint in favor of physics beyond the standard model. I discuss the constraints obtained from various CMB datasets on the Early Dark Energy scenario, a promising solution that induces a phase of accelerated expansion at early time. Lastly, I present the analysis status of the future data release from the Atacama Cosmology Telescope which will provide constraints on cosmology independent from Planck with a similar precision.