Thèse Année : 2024

Mass measurement of galaxy clusters using their gravitational lensing of the cosmic microwave background

Mesure de masse des amas de galaxies par effet de lentille gravitationnelle sur le fond diffus cosmologique

Alexandre Huchet
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1510396
  • IdRef : 282781366

Résumé

Modern Cosmology makes it possible to describe the Universe with a small number of parameters. In particular, Ωm and σ8 describe the quantity and distribution of matter in the Universe, two fundamental pieces of information. To constrain the possible values of the parameters with our observations, one can use the galaxy cluster mass function. Galaxy clusters are groups of galaxies bound by gravity, composed mainly of dark matter. The mass function describes the number of clusters at a given redshift and mass. Because it is very sensitive to the values of sigma_8 and Omega_m, one can then constrain those two parameters by studying clusters. The redshift measurement is possible thanks to optic of spectroscopic surveys, but it is not easy to measure their masses. Indeed, clusters are made of 85% dark matter, that does not emit light. To measure their whole mass while limiting biases, one can study how clusters deviate background light. This approach was chosen in this thesis. Here, the background light source is the Cosmic microwave background (CMB), the most ancient light of the Universe. I begin by explaining the notions necessary to comprehend the subject. Then, I present the results obtained by using intensity CMB observations from the ground with the South Pole Telescope and space with Planck. This way, I show that it is beneficial to combine these two data sets, even if they target the same CMB, because they bring information on different spatial scales. Gravitational lensing from a cluster creates a small-scale from the large-scale gradient. The quadratic estimators I use to measure this effect reconstruct the surface density profile of a cluster from the correlations between different scales in two maps of the same field of view. By increasing the interval of measured scales, I manage to reconstruct all scales, especially the small, with better precision. After that, I implement the estimators that can also use CMB polarisation to reconstruct the density profile, improving the obtainable sensitivity. Current polarisation measurements are not good enough to get a sizeable gain, but future observatories (Simons Observatory, CMB-S4) will bring the necessary sensitivity and thus change the game.
La cosmologie moderne permet de décrire l'Univers avec un petit nombre de paramètres. En particulier, Ωm et σ8 décrivent la quantité et la distribution de matière dans l'Univers, deux informations fondamentales. Pour contraindre les valeurs possibles de ces paramètres à partir de nos observations, on peut se servir de la fonction de masse des amas de galaxies. Ces derniers sont des groupements de galaxies liées par la gravité, composés en majorité de matière noire. La fonction de masse décrit le nombre d'amas à un redshift et une masse donnés. Elle est très sensible à la valeur de σ8 et Ωm, ce qui permet de contraindre ces deux paramètres en étudiant les amas. La mesure de leur redshift est possible grâce à des relevés optiques ou spectroscopiques, mais il est moins aisé de mesurer leur masse. En effet, les amas sont constitués à 85% de matière noire, qui n'émet pas de lumière. Pour mesurer la totalité de leur masse en limitant les biais, on peut étudier comment ces amas dévient la lumière émise en arrière-plan. Cette approche a été choisie pour cette thèse. Ici, la source de lumière d'arrière-plan est le fond diffus cosmologique (CMB), la plus ancienne lumière de l'Univers. Je commence par expliquer les notions nécessaires à la compréhension du sujet, puis je présente les résultats obtenus en utilisant des observations du CMB en intensité depuis le sol avec le South Pole Telescope et l'espace avec Planck. Je montre ainsi que la combinaison de ces deux jeux de données est bénéfique même s'ils concernent le même CMB, car ils apportent des informations sur des échelles spatiales différentes. L'effet de lentille gravitationnelle d'un amas sur le CMB crée un dipôle aux petites échelles à partir du gradient aux échelles plus larges. Les estimateurs quadratiques que j'utilise pour mesurer cet effet reconstruisent le profil de densité surfacique de l'amas à partir des corrélations entre différentes échelles de deux cartes du même champ du ciel. En augmentant l'intervalle des échelles mesurées, je gagne en précision de reconstruction à toutes les échelles, notamment les plus petites. Par la suite, j'implémente les estimateurs permettant d'utiliser également la polarisation du CMB pour reconstruire la densité, améliorant ainsi la précision atteignable. Les mesures de polarisation actuelles ne sont pas suffisantes pour que ce gain soit conséquent, mais les observatoires futurs (Simons Observatory, CMB-S4) apporteront la sensibilité nécessaire et changeront ainsi la donne.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04957386 , version 1 (19-02-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04957386 , version 1

Citer

Alexandre Huchet. Mesure de masse des amas de galaxies par effet de lentille gravitationnelle sur le fond diffus cosmologique. Cosmologie et astrophysique extra-galactique [astro-ph.CO]. Université Paris-Saclay, 2024. Français. ⟨NNT : 2024UPASP087⟩. ⟨tel-04957386⟩
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