Vers une calibration non-biaisée de la masse des amas grace aux simulations contraintes

Mass calibration from constrained simulations: towards bias-free scaling relations for galaxy clusters.

• Auteur / Autrice : Théo Lebeau
• Direction : Nabila Aghanim
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Astrophysique Spatiale
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Cosmologie et Extragalactique
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Cosmologie

Simulations cosmologiques contraintes

Biais de masse hydrostatique

Amas de galaxies

Cosmology

Constrained cosmological simulations

Hydrostatic mass bias

Galaxy clusters

Résumé

Des catalogues d'amas de galaxies de plus en plus grands et profonds sont ou seront disponibles. Cependant, un facteur limitant leur utilisation pour les analyses cosmologiques est notre capacité à traduire des observables tels que la pression du gaz (via l'effet thermique SZ) ou la luminosité des rayons X en masse des amas de galaxies, c'est-à-dire à construire une relation d'échelle précise. C'est ce qu'on appelle le problème du biais de masse. Le but du projet est d'identifier et d'explorer l'impact des principaux processus par lesquels les masses des amas de galaxies peuvent être biaisées. Ces processus peuvent être associés à la morphologie de l'amas, à son évolution (fusions, accrétion de masse), à la physique des baryons (turbulence, chauffage non-thermique), à son environnement (modèle filamentaire local), etc. Une fois l'impact estimé, nous pouvons déterminer des relations fidèles d'échelle de masse pour les amas. Nous ferons cela en nous concentrant sur l'effet SZ et l'emission dans les rayons X des amas locaux (environ 1500 amas avec des masses supérieures à 10^(14) Msun contenus dans la sphère de rayon ~300 Mpc, dont 300 amas avec des masses supérieures à 3 10^(14) Msun et 100 supérieurs à 5 10^(14) Msun). La première étude portera sur le biais potentiel induit par l'alignement, avec la ligne de visée, du filament principal alimentant l'amas. L'amas de galaxies CLONE Virgo sera le premier amas étudié. L'étude s'étendra à un échantillon complet d'amas simulés, en commençant par le catalogue déjà disponible d'amas extraits de la simulation IllustrisTNG, puis en utilisant le catalogue d'amas de la simulation hydrodynamique contrainte auquel nous aurons accès, au printemps 2023. Plus généralement, nous étudierons le biais de masse des amas et son évolution avec les environnements des amas. La comparaison des masses/biais avec les données publiées des observations en rayons X et SZ nous permettra d'étudier les différents biais de sélection et d'identifier les facteurs limitant la détermination de la relation d'échelle libre systématique. Nous utiliserons ensuite la relation d'échelle obtenue pour estimer l'impact sur les paramètres cosmologiques dérivés de l'abondance des amas.

Catalogues of clusters of galaxies of increasing number of objects and depth are or will be available. However, a key limiting factor in the use of clusters for cosmological analyses is our ability to translate observables such as the gas pressure (via the thermal SZ effect) or its X-ray brightness into mass, i.e. to construct accurate scaling relation. This is the so-called mass-bias issue. The goal of the project is to identify and explore the impact of the main processes by which the galaxy cluster masses can be biased. These processes can be associated with the cluster morphology, its evolution (mergers, mass accretion); the baryon physics (turbulence, non-thermal heating), its environment (local filamentary pattern), etc. Once the impact is estimated we can derive a faithful mass-scaling relations for clusters. We will do this focusing on the SZ and X-rays of the local clusters (about 1500 clusters with masses above 10^(14) Msun contained in the ~300 Mpc-radius sphere clone Universe including 300 clusters with masses above 3 10^(14) Msun and 100 above 5 10^(14) Msun). The project will start by focusing on the potential bias induced by the alignment of the main filament feeding the cluster with the line-of-sight. The CLONE Virgo cluster of galaxies will be studied first. The study will extend to a full sample of simulated clusters, starting with the already available catalogue of clusters extracted from the IllustrisTNG simulation and then using the catalogue of clusters from the constrained hydrodynamical simulation that we will have access to, in spring 2023. More generally, we will investigate the cluster mass bias and its evolution with cluster environments. The comparison of masses/biases with published data from observations in X-rays and SZ will allow us to investigate the different selection biases and identify the limiting factors to the determination of systematic free scaling relation. We will then use the obtained scaling relation to estimate the impact on the cosmological parameters derived from cluster abundance.