Titre de la thèse
Les amas de galaxies en tant que sondes cosmologiques : biais systématiques liés à la fonction de masse des halos, statistique des valeurs extrêmes et impact de l’énergie noire inhomogène
Composition du jury
David ELBAZ, Université Paris Cité, Examinateur
Jochen WELLER, Rapporteur
Etienne POINTECOUTEAU, Université de Toulouse, Rapporteur
Sunayana BHARGAVA, Université de la Côte d’Azur, Examinatrice
Jenny SORCE, Université de Lille, Examinatrice
Linda BLOT, Université de Tokyo, Membre invité
Pier-Stefano CORASANITI, Observatoire de Paris, Directeur de thèse
Résumé
Les amas de galaxies constituent une puissante sonde pour tester et contraindre certains modèles cosmologiques théoriques. Ils sont la résultante de l’évolution cosmologique des plus hauts pics de densité de matière du champ de densité primordial.
Compte tenu de la complexité des processus physiques et cosmologiques à l’œuvre dans leur formation et leur évolution, les amas de galaxies sont sujets à de nombreux biais systématiques, tant observationnels que théoriques. Dans le cadre de la mission spatiale Euclid, nous avons mené une étude approfondie d’un biais théorique lié à la modélisation de leur distribution de matière noire et de son impact sur les contraintes des paramètres cosmologiques. À partir de simulations numériques à haute résolution, nous avons montré que l’hypothèse d’un profil de masse déterministe peut induire un biais dans l’inférence cosmologique fondée sur le comptage des amas. En effet, les distributions de masse observées peuvent dévier systématiquement d’une forme paramétrique prescrite et, par conséquent, il est préférable d’adopter une approche non-paramétrique et stochastique pour atténuer ce type de biais.
Ensuite, nous nous sommes focalisés sur l’aspect cosmologique des amas les plus massifs en adaptant un formalisme statistique émergent de la théorie des valeurs extrêmes pour le spécialiser à l’étude de ces amas. L’objectif fut d’étudier les liens statistiques entre leurs masses rangées par ordre croissant. L’étude de ces liens a permis de mettre en évidence la relation entre la fonction de masse des halos et la distribution de probabilité universelle des valeurs extrêmes, ainsi qu’une nouvelle approche statistique fondée sur la magnitude entre deux rangs de masse. Ce formalisme permet de tester la cohérence d’un modèle cosmologique donné tout en prenant en compte et en atténuant les erreurs systématiques contenues dans les masses observées. Grâce à ce formalisme, nous avons pu tester la précision des mesures d’amas observés par le satellite Planck ainsi que leur bonne concordance avec le modèle LCDM.
Enfin, nous avons participé au développement et à l’exploitation scientifique de la première simulation numérique d’énergie noire inhomogène modélisée en tant que fluide, à l’aide du nouveau code Nefertiti. Cette simulation nous a permis d’étudier l’impact des non-linéarités de l’énergie noire à différentes échelles et sur différentes sondes. Nous avons montré que les modèles d’énergie noire inhomogène ont une influence significative sur le régime non-linéaire de la formation des structures et possèdent une signature détectable à l’échelle des amas massifs, par exemple dans leurs profils de densité et leurs masses.
