William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Supervisor:
Prof. Julian Bautista - julian.bautista@univ-amu.fr
Topic:
Le contexte : Plus de vingt ans après la découverte de la nature accélérée de l'expansion de l'Univers, il n'existe toujours pas d'explication définitive de son origine physique. Plusieurs types d'énergie noire ou même des alternatives/extensions à la relativité générale ont été proposés dans la littérature pour tenter d'expliquer l'accélération de l'expansion. En mesurant avec précision les taux d'expansion de l'Univers et de la croissance des structures à grande échelle, en fonction du temps cosmique, nous pouvons en apprendre davantage sur ce mystère cosmologique. En particulier à faible redshift, lorsque l'expansion est accélérée et que l'énergie noire domine l'expansion, nous souhaitons obtenir les meilleures contraintes sur le taux de croissance des structures. Ces mesures peuvent être réalisées en combinant les positions des galaxies et leurs vitesses. Les propriétés statistiques du champ de densité et de vitesse sont étroitement liées au modèle cosmologique sous-jacent.
Expériences : La mesure des taux d'expansion et de croissance de l'Univers est le principal objectif scientifique des expériences actuelles et futures telles que l'instrument spectroscopique de l'énergie noire (DESI), le Zwicky Transient Facility (ZTF), Euclid et le Vera Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (Rubin-LSST).
DESI mesure actuellement la position de 40 millions de galaxies (avec leur décalage vers le rouge) et l'échantillon de galaxies à faible décalage vers le rouge sera le plus complet à ce jour.
L'étude ZTF permettra de découvrir plus de 5 000 supernovae de type Ia, dont nous pourrons déduire la vitesse des galaxies. Le projet Rubin-LSST portera ce nombre à plusieurs centaines de milliers.
Objectif de la thèse : Le candidat sélectionné travaillera à l'analyse conjointe des ensembles de données DESI et ZTF, qui contiennent des millions de galaxies et des milliers de supernovae de type Ia. Le candidat se familiarisera avec la physique et les statistiques des regroupements de galaxies, codera son propre pipeline d'analyse, le testera sur des simulations de pointe et l'appliquera sur des données réelles. La mesure du taux de croissance des structures avec les galaxies de DESI et les vitesses de ZTF sera essentiel dans le test de la relativité générale aux échelles cosmiques. Cette étude est dans le plan de route principal des projets DESI et ZTF.
Profil requis : Le candidat doit avoir un grand intérêt pour la cosmologie, les statistiques, l'analyse de données et la programmation (nous utilisons principalement python). La maîtrise de l'anglais et la capacité à travailler en équipe sont également requises.
Vingt ans après la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers par des mesures avec les supernovas, la sonde supernovas reste l'un des moyens les plus précis pour mesurer les paramètres de cette période récente de l'histoire de notre univers dominée par ce qu'on appelle l'énergie noire.
L'observatoire Rubin avec le relevé Large Survey of Space and Time (Rubin/LSST) sera mis en service en 2025 et débutera officiellement fin 2025. Il s'agit d'un télescope de 8,4 mètres doté d'une caméra de 3,2 milliards de pixels, la plus puissante jamais construite.
Ce télescope prendra une photo de la moitié du ciel toutes les trois nuits pendant dix ans. Ce sondage permettra de mesurer des milliards de galaxies avec une grande précision et de suivre la variation dans le temps de tous les objets transitoires. Avec de nombreuses autres études astrophysiques, ce sera une machine très puissante pour déterminer les paramètres cosmologiques à l'aide de nombreuses sondes différentes et, en particulier, elle imposera de fortes contraintes sur la nature de l'énergie noire. Le projet LSST vise à découvrir jusqu'à un demi-million de supernovae. Cette amélioration de deux à trois ordres de grandeur statistique par rapport à l'ensemble des données actuelles permettra de tester précisément les paramètres de l'énergie noire, de tester la relativité générale et imposera également de nouvelles contraintes sur l'isotropie de l'univers.
Au cours de la thèse, nous proposons de préparer puis de participer à l'analyse des premières supernovae de Rubin/LSST. La préparation se fera en utilisant les données HSC/Subaru existantes, et les premières images du télescope Rubin.
L'étudiant.e participera à la mise en service de Rubin/LSST. Elle/Il aura en charge de poursuivre les développements des méthodes de deep learning pour l'identification des supernovae et de les mettre en application sur les premières images.
Elle/Il participera ensuite aux premières analyses utilisant les supernovae qu'elle/il aura contribué à identifier.
Le groupe LSST du CPPM est déjà impliqué dans la photométrie de précision pour LSST, avec une implication directe dans la validation des algorithmes au sein de DESC/LSST [1][2][3], et a proposé une nouvelle méthode d'apprentissage profond pour améliorer l'identification photométrique des supernovas [4] et les redshifts photométriques [5].
William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Supervisor:
Benjamin Racine - Dominique Fouchez - racine@cppm.in2p3.fr - fouchez@cppm.in2p3.fr
Topic:
A la fin des années 90, la mesure de la distance des Supernovae de type 1a (SN1a) et du décalage vers le rouge de leur galaxies hôtes a révélé que lexpansion de lUnivers était en accélération. Plus de 20 ans après cette découverte, la nature de lénergie noire qui serait à lorigine de ce phénomène reste inconnue.
Le modèle de concordance \(\Lambda\)CDM décrit un Univers homogène et isotropes aux grandes échelles, soumis aux lois de la relativité générale (RG). Dans ce modèle, la majorité du contenu énergétique de l'Univers provient de la matière noire froide et de lénergie noire, introduite comme une constante cosmologique. Celle-ci se comporte comme un fluide parfait avec une pression p négative, déquation détat p = - rho, où rho est la densité dénergie.
Certains modèles alternatifs (cf [1] pour une revue) introduisent par exemple des champs scalaires (quintessence) dont lévolution est responsable de l'expansion accélérée. Ces champs scalaires peuvent varier dans le temps et lespace. Ils peuvent donc avoir une équation détat dépendant du temps ainsi que générer des anisotropies de lexpansion.
Dautres modèles proposent de modifier la loi de la gravitation aux grandes échelles imitant le rôle de lénergie noire.
Aujourdhui encore, les supernovae restent lune des sondes les plus précises pour mesurer lexpansion de lUnivers et son homogénéité. Par ailleurs, une partie du décalage vers le rouge des galaxies provient dun effet Doppler dû à leurs vitesses particulières. On peut alors grâce aux supernovae reconstruire le champ de vitesse à grande échelle, et mesurer le taux de croissances des structures cosmiques. Cela nous permettra de tester la loi de la gravitation.
Une anisotropie de lexpansion aux grandes échelles, une modification de la RG, ou une évolution de léquation détat de lénergie noire, seraient toutes des observations révolutionnaires qui remettraient en cause notre modèle actuel.
Jusqu'à aujourd'hui les relevés de supernovae compilaient des données de multiples télescopes compliquant leur analyse statistique. Les relevés du Zwicky Transient Facility (ZTF: https://www.ztf.caltech.edu/) et de lobservatoire Vera Rubin/LSST (https://www.lsst.org/) vont changer la donne. Ils couvrent la totalité du ciel et mesurent avec précision la distance de dizaines (centaines) de milliers de supernovae proches (lointaines).
Le CPPM travaille sur les données de ZTF depuis 2021, et publiera la première analyse cosmologique en 2026 avec ~3000 SN1a. Nous participons à la construction et la mise en place de LSST depuis des années, en se préparant à larrivée des premières données cet été.
Dans le groupe, nous travaillons à la calibration photométrique du relevé ZTF, indispensable pour la précision de mesure dont nous avons besoin (cf ubercalibration [2,3]). Un premier doctorant a développé un pipeline pour simuler ZTF et mesurer le taux de croissance des structures ([4], thèse en 2023) et un autre doctorant a adapté cet exercice à LSST ([5], soutenu en 2025) et un autre a débuté en 2024 pour lanalyse de 3000 SN1a de ZTF. Par ailleurs trois postdoctorants ont rejoint le groupe pour travailler sur ZTF, et une chaire dexcellence (DARKUNI de Julian Bautista) étend ce travail en combinant ces données avec les données spectroscopiques de DESI.
Lobjectif de la thèse est de développer et perfectionner ce pipeline danalyse pour mesurer le taux de croissance des structures. La totalité des 30000 SN1a de ZTF sera disponible pour faire lanalyse cosmologique finale de ce relevé.
La thèse coïncide aussi avec l'arrivée des premiers catalogues de SN1a de LSST.
Dautres aspects pourront sajouter à la thèse, comme létude de lhomogénéité de lexpansion, la calibration photométrique des données etc.
Il sagit donc dune thèse de cosmologie observationnelle, pour un-e candidat-e intéressé-e par la cosmologie et lanalyse de données.
William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Supervisor:
Pauline Vielzeuf - vielzeuf@cppm.in2p3.fr
Topic:
Les vides cosmiques sont de vastes régions sous-denses de lUnivers, constituant un des composants majeurs de la structure à grande échelle. Leur étude offre des contraintes uniques sur la formation des structures et les propriétés de la cosmologie, notamment la matière noire, lénergie noire et la gravité.
Le satellite Euclid fournit un relevé 3D précis et étendu des galaxies sur une large portion du ciel, ouvrant la voie à la détection et à lanalyse systématique des vides cosmiques à grande échelle.
Létudiant(e) se consacrera à lidentification et à la caractérisation des premiers vides détectés dans les données Euclid DR1. Le stage comprendra la mise en uvre dalgorithmes de détection, lanalyse des propriétés statistiques des vides et la comparaison avec des simulations pour évaluer leur robustesse et leur intérêt cosmologique.
Vingt ans après la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers par des mesures avec les supernovas, la sonde supernovas reste l'un des moyens les plus précis pour mesurer les paramètres de cette période récente de l'histoire de notre univers dominée par ce qu'on appelle l'énergie noire.
L'observatoire Rubin avec le relevé Large Survey of Space and Time (Rubin/LSST) sera mis en service en 2025 et débutera officiellement fin 2025. Il s'agit d'un télescope de 8,4 mètres doté d'une caméra de 3,2 milliards de pixels, la plus puissante jamais construite.
Ce télescope prendra une photo de la moitié du ciel toutes les trois nuits pendant dix ans. Ce sondage permettra de mesurer des milliards de galaxies avec une grande précision et de suivre la variation dans le temps de tous les objets transitoires. Avec de nombreuses autres études astrophysiques, ce sera une machine très puissante pour déterminer les paramètres cosmologiques à l'aide de nombreuses sondes différentes et, en particulier, elle imposera de fortes contraintes sur la nature de l'énergie noire. Le projet LSST vise à découvrir jusqu'à un demi-million de supernovae. Cette amélioration de deux à trois ordres de grandeur statistique par rapport à l'ensemble des données actuelles permettra de tester précisément les paramètres de l'énergie noire, de tester la relativité générale et imposera également de nouvelles contraintes sur l'isotropie de l'univers.
Dans ce stage de Master 2, nous proposons d'analyser les premières images Rubin/LSST en utilisant le logiciel LSST et notre méthode d'apprentissage profond pour l'identification des transitoires/supernovas. Le travail sera préparé et mené en parallèle sur les données HSC/Subaru existantes. En effet, les données HSC ont des caractéristiques très proches de celles que nous attendons de Rubin/LSST.
Le groupe LSST du CPPM est déjà impliqué dans la photométrie de précision pour LSST, avec une implication directe dans la validation des algorithmes au sein de DESC/LSST [1][2][3], et a proposé une nouvelle méthode d'apprentissage profond pour améliorer l'identification photométrique des supernovas [4] et les redshifts photométriques [5].
William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Supervisor:
Prof. Julian Bautista - julian.bautista@univ-amu.fr
Topic:
Le contexte : Plus de vingt ans après la découverte de la nature accélérée de l'expansion de l'Univers, il n'existe toujours pas d'explication définitive de son origine physique. Plusieurs types d'énergie noire ou même des alternatives/extensions à la relativité générale ont été proposés dans la littérature pour tenter d'expliquer l'accélération de l'expansion. En mesurant avec précision les taux d'expansion de l'Univers et de la croissance des structures à grande échelle, en fonction du temps cosmique, nous pouvons en apprendre davantage sur ce mystère cosmologique. En particulier à faible redshift, lorsque l'expansion est accélérée et que l'énergie noire domine l'expansion, nous souhaitons obtenir les meilleures contraintes sur le taux de croissance des structures. Ces mesures peuvent être réalisées en combinant les positions des galaxies et leurs vitesses. Les propriétés statistiques du champ de densité et de vitesse sont étroitement liées au modèle cosmologique sous-jacent.
Expériences : La mesure des taux d'expansion et de croissance de l'Univers est le principal objectif scientifique des expériences actuelles et futures telles que l'instrument spectroscopique de l'énergie noire (DESI), le Zwicky Transient Facility (ZTF), Euclid et le Vera Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (Rubin-LSST).
DESI mesure actuellement la position de 40 millions de galaxies (avec leur décalage vers le rouge) et l'échantillon de galaxies à faible décalage vers le rouge sera le plus complet à ce jour.
L'étude ZTF permettra de découvrir plus de 5 000 supernovae de type Ia, dont nous pourrons déduire la vitesse des galaxies. Le projet Rubin-LSST portera ce nombre à plusieurs centaines de milliers.
Objectif de la thèse : Le candidat sélectionné travaillera à l'analyse conjointe des ensembles de données DESI et ZTF, qui contiennent des millions de galaxies et des milliers de supernovae de type Ia. Le candidat se familiarisera avec la physique et les statistiques des regroupements de galaxies, codera son propre pipeline d'analyse, le testera sur des simulations de pointe et l'appliquera sur des données réelles. La mesure du taux de croissance des structures avec les galaxies de DESI et les vitesses de ZTF sera essentiel dans le test de la relativité générale aux échelles cosmiques. Cette étude est dans le plan de route principal des projets DESI et ZTF.
Profil requis : Le candidat doit avoir un grand intérêt pour la cosmologie, les statistiques, l'analyse de données et la programmation (nous utilisons principalement python). La maîtrise de l'anglais et la capacité à travailler en équipe sont également requises.
William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Supervisor:
Benjamin Racine - Dominique Fouchez - racine@cppm.in2p3.fr - fouchez@cppm.in2p3.fr
Topic:
A la fin des années 90, la mesure de la distance des Supernovae de type 1a (SN1a) et du décalage vers le rouge de leurs galaxies hôtes a révélé que lexpansion de lUnivers était en accélération. Plus de 20 ans après cette découverte, la nature de lénergie noire qui serait à lorigine de ce phénomène reste inconnue.
Le modèle de concordance \(\Lambda\)CDM décrit un Univers homogène et isotropes aux grandes échelles, soumis aux lois de la relativité générale (RG). Dans ce modèle, la majorité du contenu énergétique de l'Univers provient de la matière noire froide et de lénergie noire, introduite comme une constante cosmologique. Celle-ci se comporte comme un fluide parfait avec une pression p négative, déquation détat p = - rho, où rho est la densité dénergie.
Certains modèles alternatifs (cf [1] pour une revue) introduisent par exemple des champs scalaires (quintessence) dont lévolution est responsable de l'expansion accélérée. Ces champs scalaires peuvent varier dans le temps et lespace. Ils peuvent donc avoir une équation détat dépendant du temps ainsi que générer des anisotropies de lexpansion.
Dautres modèles proposent de modifier la loi de la gravitation aux grandes échelles imitant le rôle de lénergie noire.
Aujourdhui encore, les supernovae restent lune des sondes les plus précises pour mesurer lexpansion de lUnivers et son homogénéité. Par ailleurs, une partie du décalage vers le rouge des galaxies provient dun effet Doppler dû à leurs vitesses particulières. On peut alors grâce aux supernovae reconstruire le champ de vitesse à grande échelle, et mesurer le taux de croissances des structures cosmiques. Cela nous permettra de tester la loi de la gravitation.
Une anisotropie de lexpansion aux grandes échelles, une modification de la RG, ou une évolution de léquation détat de lénergie noire, seraient toutes des observations révolutionnaires qui remettraient en cause notre modèle actuel.
Jusquaujourdhui les relevés de supernovae compilaient des données de multiples télescopes compliquant leur analyse statistique. Les relevés du Zwicky Tansient Facility (ZTF: https://www.ztf.caltech.edu/) et de lobservatoire Vera Rubin/LSST (https://www.lsst.org/) vont changer la donne. Ils couvrent la totalité du ciel et mesurent avec précision la distance de dizaines (centaines) de milliers de supernovae proches (lointaines).
Le CPPM travaille sur les données de ZTF depuis 2021, et publiera la première analyse cosmologique en 2026 avec ~3000 SN1a. Nous participons à la construction et la mise en place de LSST depuis des années, en se préparant à larrivée des premières données cet été.
Dans le groupe, nous travaillons à la calibration photométrique du relevé ZTF, indispensable pour la précision de mesure dont nous avons besoin (cf ubercalibration [2,3]). Un premier doctorant a développé un pipeline pour simuler ZTF et mesurer le taux de croissance des structures ([4], thèse en 2023) et un autre doctorant a adapté cet exercice à LSST ([5], soutenu en 2025) et un autre a débuté en 2024 pour lanalyse de 3000 SN1a de ZTF. Par ailleurs trois postdoctorants ont rejoint le groupe pour travailler sur ZTF, et une chaire dexcellence (DARKUNI de Julian Bautista) étend ce travail en combinant ces données avec les données spectroscopiques de DESI.
Lobjectif de ce stage est dadapter ce pipeline danalyse pour mesurer le taux de croissance des structures avec la totalité des 30000 SN1a de ZTF. Il faudra alors utiliser des algorithmes de machine learning pour classifier les SN1a à partir des données photométriques [5].
Il sagit donc dun stage de cosmologie observationnelle, pour un-e candidat-e intéressé-e par la cosmologie et lanalyse de données.
William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Supervisor:
Nico Schuster - schuster@cppm.in2p3.fr
Topic:
Ce projet de master se concentre sur létude des grandes régions sous-denses dans la distribution des galaxies dans notre univers : les vides cosmiques. Nous étudierons ces vides en utilisant des simulations cosmologiques, en collaboration avec Alice Pisani. Sur la base dun intérêt commun et de discussions initiales, le projet se concentrera soit sur lanalyse de la distribution de la taille des vides, ainsi que sur dautres propriétés communes comme leur forme, soit sur lanalyse de la distribution de la matière et des galaxies autour des vides par le biais de leur profil de densité. Ces statistiques peuvent être étudiées en fonction de limpact de modèles physiques alternatifs sur ces régions, de leurs propriétés générales et universelles ou de leur dépendance vis-à-vis des paramètres cosmologiques.
