Etudes des effets systématiques des lobes secondaires sur la mesure des modes B de polarisation du fond diffus cosmologique avec la future mission satellite LiteBIRD

Study of the systematic effects of beam far sidelobes on B-mode polarization measurement for the future LiteBIRD satellite mission

• Auteur / Autrice : Wang Wang
• Direction : Guillaume Patanchon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'univers
• Date : Soutenance le 07/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AstroParticule et Cosmologie (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Baptiste Melin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francesco Piacentini, Simona Mei
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sophie Henrot-Versillé, Juan-Francisco Macias-Pérez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Astronomie -- Instruments

Fond diffus cosmologique

Cosmologie

Mots clés libres

Cosmologie

Fond diffus cosmologique

Lobes latéraux lointains du faisceau

Séparation des composants

Cosmology

Cosmic microwave background

Beam far sidelobes

Component separation

Résumé

LiteBIRD est un satellite léger pour mesurer la polarisation du mode B et étudier l’inflation à partir de la détection du rayonnement cosmique de fond (FDC) afin d’atteindre la précision de r < 0,001, l’objectif scientifique étant de contraindre les modèles d’inflation. Cette précision est difficile à atteindre et nécessite un contrôle précis des effets systématiques. Ce travail se concentre sur l’étude des lobes latéraux lointains du faisceau, car ils devraient être la principale cause d’erreurs systématiques pour LiteBIRD. Ces lobes secondaires peuvent capter les émissions du plan galactique, ce qui entraîne une contamination dans la zone du ciel située à haute latitude galactique. Si notre compréhension des lobes latéraux lointains du faisceau est inexacte, il pourrait en résulter des estimations incorrectes des avant-plans et un impact négatif sur la récupération de la carte du mode B du FDC. Pour résoudre ce problème, nous simulons des erreurs d’étalonnage et évaluons le biais résultant δr tout au long du processus d’analyse. Sur la base de notre budget d’erreur, nous déterminons les exigences d’étalonnage nécessaires pour les lobes latéraux lointains du faisceau de LiteBIRD. J’ai ajusté les exigences en créant un nouveau cadre modifié de séparation des composants qui prend en compte les effets systématiques des lobes secondaires lointains du faisceau. J’ai évalué les performances du cadre en utilisant la configuration LiteBIRD et j’ai déterminé les exigences modifiées en matière d’incertitude d’étalonnage. J’ai ensuite exploré les travaux futurs potentiels. Les résultats de cette thèse sont basés sur quelques caractéristiques et paramètres de conception préliminaires des instruments LiteBIRD, du vaisseau spatial et de la stratégie de balayage. Ces résultats ne doivent en aucun cas être interprétés comme de nouvelles exigences pour la mission LiteBIRD. La définition des exigences de la mission est la seule responsabilité du projet LiteBIRD.

LiteBIRD is a Lite (Light) Satellite for measuring B-mode polarization and studying Inflation from Cosmic Microwave Background (CMB) Radiation Detection to achieve the precision of tensor-to-scalar ratio r < 0.001 given the scientific goal of constraining inflation models. This precision is challenging to reach and requires accurate control of systematic effects. This work focuses on studying the beam far sidelobes, as they are expected to be one of the primary sources of systematic errors for LiteBIRD. These sidelobes have the potential to pick up emissions from the Galactic plane, leading to contamination in the high galactic latitude area of the sky. If our understanding of the beam far sidelobes is inaccurate, it could result in incorrect estimates of foregrounds and negatively impact the recovery of the CMB B-mode map. To address this issue, we simulate calibration errors and evaluate the resulting bias on the tensor-to-scalar ratio throughout the analysis process. Based on our error budget, we determine the necessary calibration requirements for the beam far sidelobes of LiteBIRD. I then propose a modified component separation framework that considers the systematic effects of beam far sidelobes. I evaluated the framework’s performance using the LiteBIRD configuration and determined the updated calibration uncertainty requirements. I then explored potential future work. The results of this thesis are based on some preliminary design features and parameters of the LiteBIRD instruments, spacecraft and scanning strategy. These results should in no way be interpreted as new requirements for the LiteBIRD mission. The definition of mission requirements is the sole responsibility of the LiteBIRD project.