La formation par la recherche

Intitulé de la thèse : Cosmologie avec les amas de galaxies à l'ère du LSST

La cosmologie s'intéresse aux lois physiques de l'Univers dans son ensemble, et tente de comprendre l’histoire de son évolution depuis le Big Bang jusqu’à nos jours, sur un fond de relativité générale d’Einstein. Une analyse cosmologique vise alors à contraindre des paramètres d'un modèle cosmologique (dont, par exemple, les densités de matière et d’énergie sombres) à partir de l'observation d'un grand nombre de phénomènes et d’objets astrophysiques (appelés sondes cosmologiques). Parmi ces sondes, on trouve les amas de galaxies, qui regroupent des centaines, voire des milliers de galaxies piégées par la gravité à l'intérieur d’immenses halos de matière sombre. Leur “abondance”, c’est-à-dire le comptage du nombre d’amas mesuré dans différents intervalles de masse et de redshift (redshift: propriété spectrale des amas, indiquant leurs distances par rapport à nous) est éminemment lié à l’histoire cosmique de l’Univers. Aux longueurs d'onde visibles, les amas sont détectés directement à partir des relevés de galaxies, comme le Legacy Survey of Space and Time (LSST), réalisé par l’Observatoire Vera C. Rubin au Chili et qui démarrera en 2026. 
Mon travail de thèse s’inscrit au sein de la Dark Energy Science Collaboration (DESC) qui prépare l’analyse cosmologique du LSST, et s’est porté sur la relation entre la masse des amas et le nombre de galaxies qui les composent (appelé richesse), dite relation masse-richesse. Caractériser cette relation est une étape essentielle de l'analyse cosmologique, car elle permet de déduire, à partir de leurs contreparties observationnelles, la masse des amas. Pour calibrer cette relation, on peut exploiter l’effet de lentille gravitationnelle ou “lensing” ; La déviation des rayons lumineux par les champs gravitationnels des amas induit une déformation des images des galaxies situées en arrière-plan, et l’amplitude de cette déformation dépend de leur masse. J’ai développé différents outils au sein des codes officiels de DESC, qui permettent de mesurer la masse lensing des amas et d’estimer comment divers effets systématiques liés à la mesure du lensing se propagent jusqu'aux contraintes cosmologiques, en utilisant les catalogues de galaxies simulés Data Challenge 2 (DC2) de la collaboration. J’ai également travaillé sur la décomposition en coefficients multipolaires du signal de lensing des amas, permettant de mesurer leur triaxialité, une source importante d'erreurs dans la méthode de mesure standard des masses lensing (faisant l’hypothèse que les amas sont sphériques). 
Une seconde partie de mon travail a porté spécifiquement sur l’étape d’inférence bayésienne, qui a pour but de déterminer les valeurs des paramètres cosmologiques et leurs erreurs associées. L'évaluation des erreurs est un point critique et délicat, car permettant d'affirmer qu'un accord, ou au contraire, que des tensions existent entre les résultats de différentes analyses, pouvant indiquer une limite du modèle cosmologique sous-jacent et la nécessité de nouvelle physique ! J’ai développé une nouvelle méthode permettant de tester la robustesse des fonctions de vraisemblance ou “likelihoods”, qui encodent l’information statistique du comptage d’amas. J’ai également proposé un nouveau formalisme qui permet de tenir compte des effets de variance cosmique (qui seront importants pour les relevés type LSST) dans la likelihood du comptage dite “non-binnée”, lorsque les intervalles de masse et de redshift sont infiniment fins.

Mots clés : Lentilles gravitationnelles, Galaxies – Amas, LSST, Cosmologie

École doctorale : ED PHYS - Physique
Laboratoire d’accueil : Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (LPSC - CNRS/UGA/Grenoble INP-UGA) 
Direction de thèse : Céline COMBET

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