From emission line galaxy spectroscopic surveys to cosmological constraints : from eBOSS to DESI / Arnaud de Mattia ; sous la direction de Vanina Ruhlmann-Kleider

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Cosmologie

Univers -- Expansion

Décalage vers le rouge

Distances (cosmologie)

Énergie sombre (astronomie)

Structure à grande échelle (astronomie)

Ruhlmann-Kleider, Vanina (19..-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Ansari Foumani, Mohammed Reza (1962-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Guy, Julien (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Vernizzi, Filippo (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Balland, Christophe (19..-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Bernardeau, Francis (19..-....) (Membre du jury / opponent)

La Torre, Sylvain de (1981-....) (Membre du jury / opponent)

Université Paris-Saclay (2020-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Département de physique des particules (Gif-sur-Yvette, Essonne) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....) (Autre partenaire associé à la thèse / thesis associated third party)

Résumé / Abstract : Les relevés spectroscopiques de galaxies sont riches d'information cosmologique. Les ondes acoustiques qui se sont propagées dans l'Univers primordial ont laissé une signature dans la distribution de matière, appelée oscillations acoustiques de baryons (BAO), à une échelle caractéristique de 150 mégaparsecs. Mesurer cette échelle dans la distribution des galaxies permet de sonder le taux d'expansion de l'Univers au cours de son histoire. Par ailleurs, les mesures des décalages spectraux des galaxies sont sensibles à leur vitesse particulière (RSD), permettant par là même de mesurer le taux de croissance des structures et de tester la relativité générale à grande échelle. Cette thèse est consacrée à la mesure par spectre de puissance des BAO et des RSD dans l'échantillon de 173 736 galaxies à raies d'émission (ELG) de la collaboration eBOSS, à un décalage spectral effectif de 0.85. Un soin particulier a été apporté à la validation de l'implémentation du modèle théorique du spectre de puissance des galaxies, et à l'estimation et correction des systématiques observationnelles, grâce à des simulations réalistes. Les principales systématiques observationnelles de ce relevé proviennent des fluctuations de la densité de cibles avec la qualité de l'échantillon photométrique utilisé pour eBOSS, dont une version plus récente est exploitée pour le relevé spectroscopique de nouvelle génération DESI. En particulier, en plus de notables fluctuations dans la densité angulaire de cibles, de fortes variations de densité en décalage spectral ont été notées en fonction de la profondeur de l'imagerie, un effet mineur dans les autres relevés d'eBOSS. Les variations résiduelles de densité angulaire ont été atténuées en supprimant le contraste de densité au-delà d'une certaine échelle, tandis que les fluctuations dans la fonction de sélection radiale ont été prises en compte en divisant le relevé en sous-ensembles de profondeur photométrique équivalente. Ce faisant, le spectre de puissance mesuré est amorti à grande échelle, ce qui nécessite de corriger la prédiction théorique par des termes dits de contrainte intégrale, un projet original de cette thèse, qui a aussi permis d'améliorer certains procédés des analyses réalisées jusqu'alors. Les mesures RSD et BAO obtenues avec les ELG d'eBOSS sont combinées avec celles des autres relevés de grandes structures de la collaboration SDSS, et les implications cosmologiques sont exposées. Cette thèse se termine par un bilan des différentes systématiques observationnelles et d'analyse entachant la mesure cosmologique, et de pistes pour contrôler le budget systématique des futurs relevés spectroscopiques, comme DESI.

Résumé / Abstract : Spectroscopic galaxy surveys contain a wealth of cosmological information. Acoustic waves that propagated in the primordial Universe left a signature on the matter distribution, called baryon acoustic oscillations (BAO), at a characteristic scale of 150 megaparsecs. Measuring this standard ruler in the distribution of galaxies provides access to the expansion history of the Universe. In addition, redshift measurements of galaxies are sensitive to their peculiar velocities (RSD), allowing to probe the growth rate of structure and test general relativity on large scales. This thesis is dedicated to the power spectrum analysis of BAO and RSD in the sample of 173,736 emission line galaxies (ELGs) of the eBOSS collaboration, at an effective redshift of 0.85. Special care was devoted to validate the implementation of the galaxy power spectrum theoretical model, and to estimate and correct observational systematics, with the help of realistic simulations. The main observational systematics of this sample stem from fluctuations of the galaxy target density with the quality of the photometric sample used for eBOSS, which is an early version of that utilised in the next generation spectroscopic survey DESI. In particular, besides the noticeable fluctuations of the angular density of targets, strong variations in the redshift density with imaging depth were noted - an effect which is usually assumed to be minor. Residual variations of the angular target density were mitigated by suppressing the density contrast above a certain scale, while fluctuations in the radial survey selection function were accounted for by dividing the data set in subsamples of equivalent photometric depth. Doing so, the measured galaxy power spectrum is damped at large scale, which requires to correct the theoretical prediction for the so-called integral constraints, an original work of this thesis that also allowed to improve some techniques of clustering analyses. The RSD and BAO measurements obtained with eBOSS ELGs are combined with the results from the other clustering samples of the SDSS collaboration, and cosmological implications are presented. This manuscript ends with a recap of different observational and analysis systematics hindering the cosmological measurements, and gives ideas to control the systematic budget of future spectroscopic surveys, like DESI.