Mesure, prédiction et modélisation de la topologie de l’évolution temporelle de la réionisation cosmologique

Measuring, predicting and modelling the topology of the time evolution of the cosmological reionisation

• Auteur / Autrice : Emilie Thélie
• Direction : Dominique Aubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance le 22/09/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Observatoire astronomique de Strasbourg
• Jury : Président / Présidente : Ariane Lançon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chiara Ferrari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marian Douspis, Christophe Pichon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Topologie

Fond diffus cosmologique

Simulation, Méthodes de

Ionisation des gaz

Mots clés libres

Astrophysique

Cosmologie

Réionisation

Grandes échelles de l’Univers

Simulations

Astrophysics

Cosmology

Reionisation

Large scale structure of the Universe

Simulations

Résumé

Les premières sources de lumière, formées pendant la Réionisation, ionisent le gaz autour d’elles dans des bulles qui grossissent jusqu’à ce qu’il soit entièrement réionisé un milliard d’années après le Big Bang. J’ai étudié ce processus au travers de modélisations du champ de temps de réionisation (treion) qui donne l’instant de réionisation du gaz en tout point.Des radiotélescopes, comme le Square Kilometer Array, vont sonder la Réionisation avec le signal 21 cm émis par l’Hydrogène neutre. J’ai montré que treion peut être reconstruit à partir de cette observable via des réseaux de neurones profonds.Je me suis intéressée à la topologie de treion. Elle indique que le rayonnement à grande échelle se propage globalement le long des filaments de matière. Les sources, fronts d’ionisation, bulles ionisées, régions neutres, et la percolation sont reliés à des statistiques mesurables dans treion. Ce champ peut enfin être considéré Gaussien aux grandes échelles, nous donnant ainsi accès à ces statistiques avec l’unique connaissance de son spectre de puissance.

The first light sources, formed during the Epoch of Reionisation, ionise the gas around them in bubbles that grow until it is completely reionised one billion years after the Big Bang. I have studied this process by modelling the reionisation time field (treion), which gives us the instant of reionisation of the gas at any point.Radio-telescopes such as the Square Kilometer Array will probe the Reionisation using the 21 cm signal emitted by neutral Hydrogen. I have shown that treion can be reconstructed from this observable using deep neural networks.I put my interest on the topology of treion. It indicates that large-scale radiation propagates globally along the matter filaments. Reionisation sources, ionisation fronts, ionised bubbles, neutral regions and percolation are linked to measurable statistics in treion. This field can finally be considered Gaussian on large scales, giving us access to these statistics with the sole knowledge of its power spectrum.