L'époque de la réionisation à grande échelle

par Adélie Gorce

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Marian Douspis, Jonathan Pritchard et de Benoit Semelin.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec l'Imperial College of Science, Technology and Medicine , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec IAS - Institut d'Astrophysique Spatiale (laboratoire) , Matière Interstellaire et Cosmologie (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    L'époque de la rieonisation est une période cruciale dans la formation des structures. Alors que les premières etoiles et premières galaxies se forment, elles reionisent leur environnement jusqu'a ce que l'Univers entier devienne ionisé. Si la description globale de l'histoire de la reionisation est connue, les détails des sources responsables et de l'évolution du taux d'ionisation avec le redshift sont quant à eux peu compris. La reionisation laisse plusieurs empreintes dans le fond diffus cosmologique. L'une d'elles se manifeste comme une anisotropie secondaires à petite échelle dans les cartes en température par l'effet Sunyaev Zeld'ovitch cinétique (kSZ). La forme et l'amplitude du spectre angulaire de ces anisotropies nous renseignent sur les détails de l'histoire de la reionisation. Malheureusement ce spectre est mal connu: les modélisation actuelles sont limitées et les simulations numériques encore simplistes du point de vue des processus physique de la reionisation. Du point de vue observationnel, la combinaison de Planck et des expériences au sol a permis de mettre seulement une limite supérieur sur l'amplitude du spectre kSZ. Les expériences en cours et futures (advanced ACT, SPTPol, PIXIE, Core) permettront par leur fort gain en sensibilité de mesurer le spectre kSZ. De plus, le signal de la reionisation étant anti-corrélé au signal 21cm du gaz neutre, des analyses conjointes kSZ et radio permettront d'avoir accès au signal faible recherché. Une approche globale incluant une modélisation analytique flexible, calibrée sur des simulations numériques cohérentes comparée aux données de prochaine génération permettra de mettre à profit ce signal particulier pour mieux comprendre les processus physiques au coeur de la reionisation.

  • Titre traduit

    Epoch of reionisation in large scale structures


  • Résumé

    The epoch of reionisation (EoR) is a crucial episode of the formation of structures. When the first stars and galaxies form, they ionise their surroundings until the entire Universe, the entire intergalactic medium (IGM), is fully ionised. If the general history of reionisation is roughly known, the ionising sources and the precise evolution of the IGM ionised fraction with redshift remain mysterious. The EoR imprints the CMB in several ways. The first is a small scale secondary anisotropy in the temperature maps of the CMB due to the kinetic Sunyaev Zel'dovich (kSZ) effect. The shape and amplitude of these anisotropies can give us insight about the reionisation history. However, this spectrum is poorly known: current models are limited and numerical simulations still use a simplistic approach for the physical processes involved in reionisation. From an observational point of view, combining results from the Planck satellite and ground-based experiments has allowed to put an upper limit on the amplitude of the kSZ spectrum. Current and future experiments, such as advanced ACT, SPTPol, PIXIE or Core, will be able, because of their largely improved sensitivity, to measure the kSZ power spectrum. Additionally, the anti-correlation between the signal from reionisation and the 21cm signal of IGM neutral gas would allow us to access, through joint analyses, the weak kSZ signal. A global approach, using flexible analytical models and calibrated on advanced numerical simulations and compared to future observational data, could help make the most out of this specific signal and understand the physical processes involved in reionisation better.