Cosmologie à partir des observations Sunyaev-Zeldovich d'amas de galaxies avec NIKA2

par Florian Keruzore

Projet de thèse en Physique Subatomique et Astroparticules


Sous la direction de Frédéric Mayet.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique , en partenariat avec Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie (laboratoire) depuis le 03-10-2018 .


  • Résumé

    Les amas de galaxies constituent de puissants outils pour étudier la cosmologie car ce sont les plus grands objets gravitationnellement liés de l'Univers. Leur abondance en masse et en redshift est sensible à la fois à l'histoire de l'expansion et au contenu en matière de l'Univers. Les grands relevés réalisés notamment par le satellite Planck ont permis de construire des catalogues d'amas de galaxies dont l'exploitation cosmologique est cependant limitée par la faible résolution angulaire et les incertitudes astrophysiques. Des observations à haute résolution (10 à 20 secondes d'arc) sont nécessaires pour aller plus loin. L'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ) est une diffusion Compton inverse des photons du CMB par les électrons chauds du milieu intra-amas. Il permet de disposer d'une observable proportionnelle à la pression électronique intégrée le long de la ligne de visée, tout à fait complémentaire des observations en X. L'avènement de la camera NIKA2 au télescope de 30 mètres de l'IRAM (Grenade, Espagne) constitue une opportunité unique pour l'observation d'amas par effet SZ grâce à ses deux bandes de fréquence (150 et 260 GHz), sa grande sensibilité, son excellente résolution (11 et 18 secondes d'arc) et son grand champ de vue (6,5 minutes d'arc). Ce sujet de thèse s'inscrit dans le cadre du Grand Programme SZ de NIKA2, dont le LPSC est responsable et qui vient de démarrer. Nous disposons de 300 heures d'observations pour 50 amas qui seront observés avec NIKA2 jusqu'en 2023. L'objectif est d'étudier les propriétés thermodynamiques d'un échantillon représentatif d'amas de galaxies à haut redshift (0,5 < z < 0,9). L'analyse combinée des données SZ de NIKA2 et X du satellite XMM-Newton permettra d'établir une loi d'échelle non-biaisée entre l'observable SZ et la masse ainsi qu'un profil de pression universel. Ces deux ingrédients permettront de ré-analyser les données des grands relevés d'amas pour améliorer les contraintes sur la cosmologie.

  • Titre traduit

    Cosmology with Sunyaev-Zeldovich observations of galaxy clusters with the NIKA2 camera


  • Résumé

    Galaxy clusters are powerful tools for studying cosmology as they are the largest gravitationally bound objects in the Universe. Their abundance in mass and redshift is sensitive both to the history of expansion and to the contents of the Universe. The large surveys, from e.g. the Planck satellite, have been used to build catalogs of galaxy clusters whose cosmological exploitation is however limited by the low angular resolution and by the astrophysical uncertainties. High resolution observations (10 to 20 arcsec) are required to go further. The Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect is an inverse Compton scattering of CMB photons by hot electrons of the intracluster medium. It allows us to have an observable proportional to the electronic pressure integrated along the line of sight, which is complementary to the observations in X-ray. The advent of the NIKA2 camera at IRAM 30 meter telescope (Granada, Spain) provides a unique opportunity for SZ observation of clusters, thanks to its two frequency bands (150 and 260 GHz), high sensitivity, excellent resolution (11 and 18 arcsec) and large field of view (6.5 arcmin). This PhD thesis subject is part of the NIKA2 SZ Large Program, of which the LPSC is responsible and which has just started. We have 300 hours of guaranteed time to observe 50 clusters with NIKA2 until 2023. The objective is to study the thermodynamic properties of a representative sample of high redshift (0.5 < z < 0.9) galaxy clusters, by combining SZ data with X-ray data from the XMM-Newton satellite. The combined analysis will allow us to establish a universal pressure profile and an unbiased scaling law between the SZ observable and the cluster mass. These two ingredients will be used to re-analyze the data from large cluster surveys in order to assess results from cluster cosmology.