Soutenance de thèse de Guillaume BONNET

Cette thèse traite de la formation et l'évolution des structures et plus spécifiquement de la distribution de la matière noire dans les halos dans un contexte cosmologique. Nous commençons par introduire le contexte générale de la formation des structures en cosmologie. Puis nous illustrons la capacité des Fonctionnelles de Minkowski (FM) à quantifier la morphologie des structures liées comme les halos. Nous utilisons les FM pour caractériser la morphologie des halos, seulement partiellement capturée par les profiles de densité lisse, au delà des usuelles hypothèses de symmétrie sphérique ou ellipsoidale. Nous générons des halos semi-analytiques avec des profiles NFW ou à double pentes et sphériques ou ellipsoidale afin d'obtenir une interprétation simple des FM comme fonction des pentes internes ou externes, de la concentration et des paramètres de sphéricité. Nous utilisons les mêmes modèles pour mimer le profile de densité de halos issus de simulations à N corps, montrant que leur FM diffèrent et sont donc sensibles aux soustructures. Ceci illustre que les FM sont des outils statistiques prometteurs à l'échelle des halos afin d'améliorer la modélisation de la matière noire. Enfin nous étudions l'effet de l'énergie noire sur la morphologie des halos. Nous utilisons les simulations à N corps DEUS-FUR avec différent modèles d'énergie noire tel que la constante cosmologique, un candidat "fantôme" avec une équation d'état constante w=-1.2 et un modèle dynamique Ratra-Peebles. Nous comparons la morphologie des halos entre ces différents modèles avec les profiles de densité, la concentration, les paramètres de sphéricité, les paramètres de relaxation et les fonctionnelles de Minkowski. Nous montrons que différent modèles d'énergie noire produisent des morphologies de halo différentes pour les petits groupes de galaxies à z=0 et pour les amas les plus massifs à z=0.5 notamment. Cela confirme que l'échelle des halos peut être utiliser pour discriminer différent modèles cosmologiques.

This thesis addresses the formation and evolution of structures and more specifically the dark matter distribution within halos in a cosmological context. We start by introducing the general context of structure formation in cosmology. Then we highlight the ability of the Minkowski Functionals 5MFs) to probe bounded structures like halos. We use the MFs to characterize the actual morphology of halos, only partially captured by smooth density profile, going beyond the spherical or ellipsoidal symmetry. We employ semi-analytical halos with NFW and $alpha beta gamma$-profile and spherical or ellipsoidal shape to obtain a clear interpretation of MFs as function of inner and outer slope, concentration and sphericity parameters. We use the same models to mimic the density profile of N-body halos, showing that their MFs clearly differ as sensitive to internal substructures. This highlights the benefit of MFs at the halo scales as promising statistics to improve the spatial modelling of dark matter. Finally we study the impact of dark energy on the morphology of halos. We use the DEUS-FUR simulations with different dark energy candidates such as a standard cosmological constant, a phantom candidate with constant equation of state w=-1.2 and a dynamical Ratra-Peebles model. We compare the morphology of halos between these models with density profile, concentration, shape parameters, relaxation parameters and MFs. We show that different dark energy models produce different morphologies of halos for small galaxy groups at z=0 and for large galaxy clusters at z=0.5. This confirms that the halo scale can be used to discriminate different cosmological models.