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Evolution des grandes structures de l’univers et comptage d’amas de galaxies avec LSST

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On se propose d’évaluer, en terme de contraintes cosmologiques, l’apport de la statistique d’amas de galaxies collectés par le télescope LSST (Large Synoptic Survey Telescope). LSST est l’un des projets ayant pour objectif une cartographie systématique et très profonde de la distribution des galaxies dans l’univers.

Le projet LSST va conduire à partir 2022 un programme de surveillance de tout le ciel accessible depuis un site de l’hémisphère sud durant une dizaine d’années à l’aide d’un télescope à grand champ équipé d’une caméra de plus de 3 milliards "pixels". Le ciel accessible sera couvert en 3 nuits dans 6 longueurs d’onde ce qui au terme de 10 années permettra de détecter des objets jusqu’à la magnitude 27. Les premières données de validation seront disponibles dès 2020-21.

Un des objectifs de ce programme est d’étudier la croissance des structures et de mieux cerner la nature de l’énergie noire. Cette cartographie systématique des objets jusqu’à un redshift compris entre 1 et 2, permettra d’établir un catalogue de plus 3 milliards galaxies et d’identifier plusieurs dizaines de milliers d’amas de galaxies. Ces amas qui sont des ensembles de quelques centaines à quelques milliers de galaxies baignées dans un gaz chaud, sont les plus grandes structures de l’univers. La masse de ces objets se répartit entre les galaxies (2 %), le gaz intergalactique chaud (13 % ) et la matière noire (85 % ).

La statistique collectée permettra d’extraire une information inégalée sur l’histoire de la formation de ces objets et par là-même d’accéder au taux de croissance des fluctuations linéaires sous l’action de la gravité. Ce taux de croissance est sensible au modèle utilisé pour décrire la gravitation (relativité générale ou modèle de gravitation modifiée) ainsi qu’à la masse des neutrinos. Cette mesure apporte une information complémentaire et indépendante des mesures géométriques obtenues avec les supernovae, les oscillations de baryons ou le fond cosmologique de rayonnement.

Le but du stage proposé est de déterminer la distribution en masse et redshift des amas observables avec LSST et en extraire les contraintes sur les paramètres cosmologiques. Les caractéristiques des objets observés, les effets de l’atmosphère et les performances du détecteur seront modélisés avec des paramétrisations. On pourra aussi éventuellement comparer les performances des différents relevés de galaxies (obtenus par EUCLID, DESI et LSST) et on évaluer leurs complémentarités. Ce travail demande des connaissances de base en cosmologie et une maîtrise des langages informatiques Python et C.

Encadrant : Yves Zolnierowski (zolnierowski@lapp.in2p3.fr)

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