Soutenance de thèse de DURET Vincent

Résumé de la thèse

Nous sommes actuellement à l'aube de l'ère des relevés cosmologiques de niveau IV, initiée par le programme principal du Dark Energy Spectroscopic Instrument en mai 2021. Le relevé nominal du satellite Euclid a débuté le 14 février 2024. Il est dédié à l'étude de l'énergie sombre et de la matière noire, les deux constituants principaux mais invisibles de notre Univers, en cartographiant la distribution des galaxies en tant que traceurs de la matière. L'étude du regroupement des galaxies établit les propriétés des structures aux grandes échelles à travers diverses approches condensant l'information de cette distribution en une observable comme la fonction de corrélation. Le cadre théorique développé depuis l'établissement de la théorie de la relativité générale a évolué vers le modèle standard de la cosmologie appelé ΛCDM mais aussi vers une myriade de modèles alternatifs créés pour pallier à ses échecs. Confronter ces modèles aux observations avec des méthodes bayésiennes ou fréquentistes contraint leurs paramètres.
Dans le chapitre 1, j'introduis les notions de base de cosmologie, à travers les équations d'Einstein, pour comprendre les relations entre l'Univers, son évolution et son contenu puisque cela est lié à la naissance du modèle ΛCDM et ses extensions comme les modèles d'énergie sombre. Le relevé Euclid est présenté pour comprendre le contexte de ce travail, avant d'aborder les oscillations baryoniques acoustiques (BAO), le sujet des principales analyses de cette thèse. Comme j'utilise des redshifts (décalages vers le rouge) photométriques plutôt que spectroscopiques pour déterminer les distances des galaxies et étudier leur regroupement, j'explore dans le chapitre 2 des méthodes récentes développées pour améliorer les redshifts photométriques grâce au deep learning, tout d'abord avec les observations du Sloan Digital Sky Survey puis avec des simulations Euclid.
Le chapitre 3 est consacré à l'analyse du regroupement des galaxies photométriques. De la théorie de la fonction de corrélation angulaire à deux points à son estimateur et aux données de la simulation Euclid Flagship, je présente ensuite les mesures obtenues dans plusieurs configurations, avec l'aire totale de la simulation, 5157 deg², ou 2500 deg² comme attendu au moment de la première grande publication de données Euclid. Comme c'est une analyse tomographique, l'effet du type de bin est considéré, équipeuplé ou équidistant. L'effet de choix d'analyse variés est étudié, comme la taille ou résolution angulaire du catalogue de points aléatoires, le nombre d'échantillons jackknife utilisés pour calculer la covariance empirique. Les covariances empirique et analytique sont introduites et comparées.
Les analyses BAO effectuées avec ces données sont présentées dans le chapitre 4, avec différentes approches : analyse sur les bins de redshift individuels ou analyse jointe, covariance empirique ou analytique, vecteur de données mesuré ou synthétique, MCMC ou profil de vraisemblance. Avec les contraintes obtenues dans chaque bin, je montre que l'on peut contraindre l'évolution de l'expansion de l'Univers. Avec l'analyse jointe, je démontre le potentiel du regroupement des galaxies photométriques avec Euclid avec des contraintes trois fois plus fortes qu'avec le Dark Energy Survey. Une analyse détaillée de la robustesse des résultats obtenues est fournie, à propos des bins de redshift inclus dans l'analyse, la cosmologie fiducielle, la forme fonctionnelle utilisée pour extraire le signal BAO, les distorsions de l'espace des redshifts, la sélection des échelles utilisées, la définition des bins de redshifts ou la covariance utilisée. Je conclus par une étude préliminaire des pistes d'améliorations de ces analyses BAO pour de futurs travaux.