Tester la relativité générale en mesurant le taux de croissance des structures avec les observations de supernovas de Rubin/LSST

Stage numéro : Doctorat-2326-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 :Benjamin Racine - racine@cppm.in2p3.fr

Thématique : Cosmologie observationnelle

Vingt ans après la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers par des mesures de supernova, la sonde supernova reste le moyen le plus précis de mesurer les paramètres de cette période récente de l'histoire de notre univers dominée par ce qu'on appelle l'énergie noire.

Les mesures de précision qui pourront être effectuées par la sonde supernova seront un élément crucial qui, en combinaison avec d'autres sondes (LSS, lentilles faibles, CMB, etc.), permettra d'établir des contraintes fortes sur la nature de l'énergie noire et d'explorer des déviations possibles par rapport à la relativité générale. Cela sera rendu possible grâce aux observations exceptionnelles de supernovas que fournira le LSST, avec une combinaison de statistiques énormes et une précision d'étalonnage extrême.

L'observatoire Vera Rubin termine sa construction en 2023 et sera mis en service en 2024. Le Large Survey of Space and Time (LSST) démarrera à plein régime au début de 2025, grâce à son télescope de 8,4 mètres équipé 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 relevé 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, dont beaucoup pourront être utilisées pour sonder la cosmologie. Avec une amélioration de deux ordres de grandeur des statistiques par rapport à l'ensemble des données actuelles, cela permettra de tester avec précision les paramètres de l'énergie noire, de nouveaux tests de la relativité générale et imposera également de nouvelles contraintes sur l'isotropie de l'univers.

Dans cette thèse, nous proposons de préparer et de participer à la première analyse des données de supernovas de LSST en mettant l'accent sur la mesure du taux de croissance des structures. La préparation sera effectuée en travaillant sur la mesure photométrique précise et la sélection photométrique des supernovas de type Ia ainsi que leur lien avec les propriétés de leur galaxie hôte. Ces deux points et les effets de sélection sont parmi les plus importantes sources d'erreurs systématiques et tout travail pour réduire et atténuer ces sources d'erreurs aura un impact significatif sur la mesure finale. Une telle étude a déjà démarré pour les données du Zwicky Transient Facility (ZTF) qui observe depuis 2018. Elle servira de base pour le développement de l'analyse LSST et une possible combinaison LSST/ZTF.

Le groupe LSST du CPPM est déjà engagé dans des travaux de photométrie de précision pour LSST et ZTF avec une implication directe dans la validation des algorithmes au sein de DESC/LSST. Le doctorant travaillera dans ce cadre en utilisant un pipeline d'analyse complet construit avec ces outils, qu'il contribuera à améliorer, et qu’il appliquera aux données ZTF, puis aux données LSST pour participer à la première analyse DESC.