Vers une meilleure interprétation de la connexion galaxies-halos pour les galaxies à raies d'émission du relevé spectroscopique DESI

Towards a comprehensive interpretation of the galaxy-halo connection for emission-line galaxies in the DESI spectroscopic survey

• Auteur / Autrice : Antoine Rocher
• Direction : Vanina Ruhlmann-Kleider, Etienne Burtin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des Astroparticules et Cosmologie
• Date : Soutenance le 29/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de physique des particules (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Hardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain de La Torre, Shaun Cole, Yann Rasera, Violeta GONZALES-PEREZ
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain de La Torre, Shaun Cole

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière noire (astronomie)

Halos galactiques

Distances (cosmologie)

Décalage vers le rouge

Expansion de l'univers

Structure à grande échelle (astronomie)

Mots clés libres

Galaxies à raies d'émission

Cosmologie

Connexion galaxie-halo

Simulations cosmologiques

Distribution spatiale des galaxies

Relevé spectroscopique de galaxies

Emission line galaxies

Cosmology

Galaxy-halo connection

Cosmological simulations

Galaxy clustering

Spectroscopic galaxy surveys

Résumé

Le Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) vise à sonder la structuration à grande échelle de l'Univers en mesurant le décalage vers le rouge de ~40 millions de galaxies dont 17M de galaxies à raies d'émission (ELGs). Aux petites échelles, les mesures de distribution spatiale des galaxies sont essentielles pour étudier la connexion galaxie-halo, i.e. la façon dont les galaxies peuplent les halos de matière noire. Cette thèse est consacrée à l'analyse de la connexion galaxie-halo des ELGs de DESI et vise, d'une part, à donner une image complète de la façon dont les ELGs sont connectées au champ de matière noire, et d'autre part, à générer des catalogues simulés de galaxies de haute fidélité pour tester les analyses cosmologiques et corriger les effets systématiques observationnels et théoriques. Pour contraindre la connexion galaxie-halo des ELGs, nous utilisons les données des deux premiers mois de DESI, soit ~270k ELGs à 0.8 < z < 1.6. La grande complétude de cet échantillon permet de mesurer la distribution spatiale des galaxies jusqu'à de très petites échelles, jamais sondées auparavant. La caractéristique la plus frappante est un fort signal aux très petites échelles. Nous analysons ces données dans le cadre de la distribution d'occupation des halos (HOD), une approche empirique reliant les galaxies et les halos de matière noire dans les simulations à N-corps. Pour ce faire, nous avons développé et testé une méthode pour ajuster les modèles HOD basée sur des processus gaussiens, puis l'avons appliquée aux données. Nous considérons différentes distributions pour les galaxies centrales et des hypothèses standard pour les satellites en termes d'assignation, positionnement et dispersion de vitesse. Pour tous les modèles considérés, nous trouvons une masse moyenne de halo pour les ELGs de l'ordre de 10¹¹⋅⁹ Msol et une dispersion des vitesses des satellites environ 50% plus grande que celle des particules de matière noire. Nous étudions diverses extensions de nos modèles de base, tels que le biais d'assemblage, la conformité centrale-satellite, un profil de positionnement des satellites modifié et varions la cosmologie de référence. La conformité permet de retrouver une compréhension plus physique de la HOD. Les autres extensions n'apportent pas de changement significatif à nos résultats, excepté quand nous permettons aux ELGs satellites de se situer en dehors du rayon viriel des halos. C'est avec cette hypothèse que nous obtenons la meilleure modélisation des mesures de distribution spatiale, correspondant à ~0.5% d'ELGs résidant à la périphérie des halos de matière noire.

The Dark Energy Spectroscopic Instrument DESI aims to probe the large scale structure of the Universe by measuring ~40 million of galaxy/quasar redshifts including 17M redshifts of emission line galaxies (ELGs). At small scales, clustering measurements are invaluable to study the so-called galaxy-halo connection, i.e. the way galaxies populate dark matter halos. This thesis is dedicated to the analysis of the galaxy-halo connection of DESI ELGs and aims, on one hand, to give a complete picture of how ELGs are connected to the dark matter field, and, on the other hand, to generate high-fidelity simulated galaxy catalogues to test cosmological analysis pipelines and mitigate observational and theoretical systematic effects. To constrain the ELG galaxy-halo connection we focus on the first 2 months of DESI, which collected ~270k ELGs at 0.8 < z < 1.6. The high completeness of this sample made it possible to measure galaxy clustering down to very small scales, never probed before. The most striking feature of the measurements is a strong signal at the smallest scales. We analyse these data using the halo occupation distribution (HOD) framework, an empirical approach to link galaxies and dark matter halos in N-body simulations. To this end, we develop and test a method based on Gaussian processes to fit HOD models, which we then apply to data. We consider different distributions for the central galaxies and standard assumptions for satellite assignment, positioning and velocities, which we then vary.For all models considered, we report a mean halo mass of the ELG sample around 10¹¹⋅⁹ Msol and satellite velocity dispersions about 50% higher than that of dark matter particles. We study various extensions of our baseline HOD models such as assembly bias, central-satellite conformity, modified satellite positioning and vary the fiducial cosmology. Conformity allows us to recover a more physical understanding of the HOD. The other extensions bring no significant change to our results, except when we allow satellite ELGs to lie outside of the halo virial radius. It is with this assumption that we obtain the best modelling of the measured clustering, corresponding to ~0.5% of ELGs residing in the halo outskirts.