Spectrométrie du ciel : vers la mesure des distorsions spectrales du fond diffus cosmologique.

Spectrometry of the sky: towards CMB spectral distortions measurements.

• Auteur / Autrice : Xavier Coulon
• Direction : Bruno Maffei, Nabila Aghanim
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Astrophysique Spatiale
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Cosmologie et Extragalactique
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Cosmologie

Instrumentation

Fdc

Distortions spectrales

Cosmology

Instrumentation

Cmb

Spectral distortions

Résumé

Depuis les dernières mesures de la mission COBE, datant de plus de 25 ans, aucun progrès n'a été effectué dans la mesure du spectre du CMB. Toutefois, plusieurs processus peuvent créer des distorsions spectrales : Le paramètre y appelé distorsion Compton est principalement due à un fond créé par l'effet Sunyaev-Zel'dovich thermique produit par les clusters de galaxies non-résolues à haut redshift. Le deuxième, le paramètre μ, ou potentiel chimique, ne pouvant être produit que dans l'Univers primordial. Le signal associé au paramètre y est environ 10 fois plus faible que la limite des distorsions spectrales fixée par COBE-FIRAS, le signal associé au paramètre μ étant lui encore plus faible d'environ 2 ordres de magnitude supplémentaires. Plusieurs projets ont été proposés ces dernières années afin d'effectuer une mesure bien plus précise du spectre du CMB. L'étudiant(e) en thèse participera à la définition et conception d'un tel instrument pour un ballon ou pour une future mission spatiale. Ces travaux comprendront non seulement des développements instrumentaux mais incluront aussi des prédictions sur le signal observable, ainsi que des contributions sur le développement de méthodes d'analyses des futures données.

More than 25 years after the measurements of the CMB spectrum by the COBE-FIRAS mission, not much progress has followed up. However, several processes can lead to spectral distortions: Compton y distortion from energy release in the optically thin regime at redshifts z < 5.104 (mainly due to the thermal Sunyaev-Zel'dovich effect from galaxy clusters) and chemical potential  distortion, a unique signal from the primordial Universe. The signal associated to the y parameter is about 10 times weaker than the spectral distortion limit fixed by COBE-FIRAS, while the signal associated to the μ parameter is even weaker by about another 2 orders of magnitudes. A few projects have been proposed over the past few years in order to performed such an accurate CMB spectrum measurement. The PhD student will participate to the general concept of such an instrument for either a balloon borne or space mission project. This work will comprise not only instrument developments but will also include predictions of the observable signals, as well as contributions to the development of analysis methods for the future data.