Cross-correlation between CMB observables and cosmic voids in large galaxy surveys / Analyse croisée entre les observables du CMB et les vides cosmiques dans les grandes relevés de galaxies

Stage numéro : Doctorat-2124-RE-02
Laboratoire :Centre de Physique des Particules de Marseille Case 902
 163 avenue de Luminy - 13288 Marseille Cedex 9
Directeur :Cristinel Diaconu - 04.91.82.72.01 - diaconu@cppm.in2p3.fr
Correspondant :William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Groupe d'accueil :Renoir
Chef de groupe :Dominique Fouchez - 04.91.82.72.49 - fouchez@cppm.in2p3.fr
Directeur de thèse :Stéphanie ESCOFFIER - 04 91 82 76 64 - escoffier@cppm.in2p3.fr

Thématique : Cosmologie observationnelle

Description:

The various observations of the Universe have been indicating for twenty years now that the expansion of the Universe is accelerating. The standard model of cosmology, known as the LCDM model, describes the Universe as composed of 27% dark matter and 68% dark energy. Understanding the nature of these two energy components remains one of the greatest challenges in contemporary physics. Next-generation galaxy surveys, such as Euclid or DESI, will make it possible to measure several tens of millions of galaxy spectra in the coming decade and tighten constraints on the cosmological model, or probe its alternatives like modified gravity models.

The most promising tools to constrain dark energy and gravity properties are based on the observation of large structures in the Universe. The structure of the Universe also reveals the presence of large under-dense regions, enclosed by filaments of matter. These cosmic voids, which occupy nearly 80% of the volume of the Universe, contain very few matter, and are therefore an ideal laboratory for testing dark energy scenarios.

The subject of the thesis is to extract the integrated Sachs-Wolfe (ISW) signal by cross-correlating cosmic voids with Cosmic Microwave Background (CMB). Indeed the time evolution of gravitational potentials imprints secondary anisotropies in the CMB, in addition to the primordial CMB anisotropies generated near the last scattering surface. These additional anisotropies are caused by gravitational interactions of CMB photons with the growing cosmic large-scale structure. The ISW signal is challenging to measure since it is very weak compared to primordial CMB photons. We propose here to identify cosmic voids in large spectroscopic surveys like DESI and Euclid and study how they can contribute to cold regions in the CMB temperature pattern. A focus will be given on superstructures, by stacking cosmic voids in a given direction or by identifying supervoids.

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Résumé:

Les différentes observations de l'Univers indiquent depuis près de vingt ans que l'expansion de l'Univers s'accélère. Le modèle standard de la cosmologie, connu sous le nom de modèle LCDM, décrit l'Univers comme étant composé de 27% de matière noire et de 68% d'énergie noire. La compréhension de la nature de ces deux composantes énergétiques reste l'un des plus grands défis de la physique contemporaine. Les sondages spectroscopiques de galaxies de la prochaine génération, tels que Euclid ou DESI, permettront de mesurer plusieurs dizaines de millions de spectres de galaxies au cours de la prochaine décennie et de resserrer les contraintes sur le modèle cosmologique, ou de sonder ses alternatives comme les modèles de gravité modifiés.

Les outils les plus prometteurs pour contraindre l'énergie sombre et les propriétés de la gravité sont basés sur l'observation de grandes structures dans l'Univers. La structure de l'Univers révèle également la présence de grandes régions sous-denses, cloisonnées par des filaments de matière. Ces vides cosmiques, qui occupent près de 80 % du volume de l'Univers, contiennent très peu de matière, et constituent donc un laboratoire idéal pour tester des scénarios d'énergie sombre.

Le sujet de la thèse consiste à extraire le signal intégré de Sachs-Wolfe (ISW) par corrélation croisée des vides cosmiques avec le fond diffus cosmologique (CMB). En effet, l'évolution temporelle des potentiels gravitationnels imprime des anisotropies secondaires dans le CMB, en plus des anisotropies primordiales du CMB générées près de la dernière surface de diffusion. Ces anisotropies supplémentaires sont causées par les interactions gravitationnelles des photons du CMB avec la structure cosmique croissante à grande échelle. Le signal ISW est difficile à mesurer car il est très faible comparé aux photons CMB primordiaux. Nous proposons ici d'identifier les vides cosmiques dans les grands relevés spectroscopiques comme DESI et Euclid et d'étudier comment ils peuvent contribuer aux régions froides identifiées dans la carte de température du CMB. L'accent sera mis sur les superstructures, en empilant les vides cosmiques dans une direction donnée ou en identifiant les supervides.