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Renoir
Contraintes de l'énergie sombre avec l'effet ISW dans la mission Euclid
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Directeur de thèse :
Stéphanie Escoffier - 04 91 82 76 64 - escoffier@cppm.in2p3.fr
Description :

Les différentes observations de l'Univers indiquent depuis une vingtaine d'années 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. Comprendre la nature de ces deux composantes énergétiques reste l'un des plus grands défis de la physique contemporaine. Les relevés de galaxies de nouvelle génération, comme Euclid ou DESI, permettront de mesurer plusieurs dizaines de millions de spectres de galaxies dans la prochaine décennie et de resserrer les contraintes sur le modèle cosmologique, ou de sonder ses alternatives comme les modèles de gravité modifiée.


Les outils les plus prometteurs pour contraindre les propriétés de l'énergie noire et 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, entourées de 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 noire.


Le sujet de la thèse est d'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 à grande échelle en expansion. Le signal ISW est difficile à mesurer car il est très faible par rapport aux photons primordiaux du CMB. Cependant, la signature de l'effet ISW peut être observée comme un signal non nul dans la corrélation croisée entre la distribution des traceurs d'avant-plan de la matière noire (tels que les galaxies) et la température du CMB, fournissant une sonde directe de l'expansion tardive de l'Univers.

Des travaux récents (Kovacs 2021) ont montré que l'amplitude du signal ISW présente un excès par rapport aux attentes du modèle standard LCDM, au niveau 3 sigma, en particulier lorsque l'étude est appliquée à des superstructures telles que les supervoïdes.


Le projet de thèse se concentre sur l'effet ISW et la corrélation croisée entre le CMB et les vides cosmiques. Le travail de l'étudiant consistera à construire les catalogues de vides à partir des catalogues de galaxies, à développer des estimateurs et des likelihood associés à l'effet ISW et à quantifier l'impact de l'effet ISW sur les paramètres d'énergie noire et de gravité modifiée.


Le CPPM est impliqué dans les deux projets DESI et Euclid, tous deux dédiés à la mesure des paramètres cosmologiques pour contraindre l'énergie sombre et tester les modèles de gravité modifiée. DESI est un relevé de galaxies qui a débuté en 2021 pour 6 ans et qui observera près de 40 millions de spectres de galaxies jusqu'à un redshift de 3,5. La mission Euclid a été sélectionnée par l'Agence spatiale européenne (ESA) en 2011 et sera lancée en 2022 pour sonder l'Univers sur une période de 6 ans. Ces données révolutionneront notre capacité à cartographier l'Univers et à mieux comprendre la nature de l'énergie noire ou à mettre en défaut la relativité générale (GR) d'Einstein.


Mots clefs :
Cosmologie observationnelle
Code :
Doctorat-2225-RE-01
Modélisation de la réponse instrumentale du NISP
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Directeur de thèse :
William Gillard & Escoffier Stephanie - gillard@cppm.in2p3.fr
Description :

Euclid est une mission spatiale de classe M du programme de Cosmic Vision de l'ESA qui a été sélectionnée en 2011 par l'ESA pour un lancement prévu en 2022. La mission Euclid est conçue pour cartographier l'Univers observable afin de comprendre les origines et la nature de l'accélération de l'expansion de l'Univers découverte en 1998. Pour ce faire, la mission Euclid est optimisée pour étudier la nature de l'énergie noire, de la matière noire et de la gravité à partir de la mesure de deux sondes cosmologiques indépendantes : le cisaillement cosmique au travers des mesure de cisaillement gravitationnelle de faible amplitude et au travers de la mesure du spectre de puissance de la matière tracé par la distribution des. Ces mesures sont effectuées par deux instruments indépendants : un imageur visible (VIS) optimisé pour les mesures de la lentille gravitationnelle faible et un spectrophotomètre travaillant dans proche (NISP) dédié aux mesures du redshift des galaxies. Un des avantages du NISP est de faire de la spectroscopie sans fente qui lui permet de mesurer le redshift de millier de galaxies sur un seul champ d'une taille angulaire comparable à la taille angulaire apparente de la lune. L'inconvénient de la spectroscopie sans fente est qu'elle induit une contamination des spectres (contamination entre sources voisines ainsi qu'auto contamination de la source étendue) et une bonne connaissance de l'instrument est nécessaire pour obtenir une extraction optimale des spectres observés.


Pour atteindre cette extraction optimale et atteindre l'objectif scientifique, l'étalonnage spectroscopique du NISP est une étape importante pour la réduction des données. En outre, il ne faut pas négliger le fait que l'exactitude de la réponse instrumentale affecte fortement la précision et le biais des résultats scientifiques. L'étalonnage spectroscopique du NISP est actuellement réalisé par à un ensemble de fonctions paramétriques, comme des polynômes, qui sont déconnectées des propriétés physiques de l'instrument. Une conséquence principale de l'utilisation de fonctions paramétriques est que leurs paramètres sont souvent fortement corrélés entre eux et, dans la plupart des cas, ils montrent des dégénérescences entre plusieurs propriétés instrumentales. De plus, toute variation des propriétés physiques de l'instrument (comme par exemple les contraintes mécaniques induites par la variation thermique) nécessite de réaliser un nouvel étalonnage de la fonction paramétrique. Cela ne peut pas être fait si facilement avec le NISP car cet instrument ne transporte pas de source d'étalonnage en son bord.


Dans notre équipe, composée du 'Instrument Scientist' du NISP, ancien responsable de l'étalonnage spectroscopique du NISP, nous visons à modéliser la réponse de l'instrument en fonction des paramètres physiques de l'instrument lui-même, ayant pour objectifs de fournir un outil d'étalonnage plus précis. De plus, le développement d'un modèle d'instrument ouvre la voie à la prédiction du comportement de l'instrument et à une étude plus approfondie des systématiques instrumentales, permettant de répondre à l'un des projets clés d'Euclid/NISP qui vise à prédire et à surveiller les performances scientifiques de l'instrument tout au long de sa durée de vie. Il ouvre également la possibilité d'utiliser le modèle d'instrument lui-même dans le traitement des données au moyen d'une approche de modélisation avancée. Les objectifs de cette thèse seront de participer au développement d'un modèle pour la réponse instrumentale du NISP. Ce sujet se focalise sur les propriétés optiques de l'instrument NISP dans le but de construire un modèle physique pour la dispersion spectrale du NISP


Le travail de thèse consistera donc à analyser l'ensemble des données collectées par l'instrument NISP lors des différentes campagnes d'essais qui ont été mené au sol afin d'identifier les propriétés physiques importantes pour la spectroscopie qui permettront de modéliser la réponse spectrale de l'instrument. Une fois le modèle réalisé et validé avec des mesures au sol et une simulation, il sera utilisé par les candidats pour obtenir un étalonnage de l'instrument pour les données de vol. Tout au long de sa thèse, le candidat explorera la possibilité d'utiliser le modèle qu'il aurait développé pour effectuer une extraction spectrale optimale et en vue d'augmenter la précision des mesures de redshift.


Mots clefs :
Instrumentation
Code :
Doctorat-2225-RE-02