Reconstruction et analyse des champs de temps de réionisation à partir du signal 21 cm de l’Époque de réionisation

Reconstruction and analysis of the reionisation time field from the 21 cm signal of the Epoch of reionisation

• Auteur / Autrice : Julien Hiegel
• Direction : Dominique Aubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance le 13/09/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Observatoire astronomique (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Ariane Lançon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Semelin, Adélie Gorce
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mathieu Langer, Jérémy Blaizot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage profond

Matière noire (astronomie)

Méthodes de simulation

Ionisation

Mots clés libres

Astrophysique

Cosmologie

Réionisation

21 cm

Simulations

Apprentissage profond

Astrophysics

Cosmology

Reionisation

21 cm

Simulations

Deep learning

Résumé

L’Époque de Réionisation est une période où l’Univers transitionne d’un état neutre et froid à un état ionisé et chaud dû à l’influence des premières sources de rayonnement. Durant cette époque, l’hydrogène neutre émet le signal 21 cm qui peut être observé sur Terre grâce à des radiotélescopes comme SKA. J’ai alors étudié le processus de réionisation en modélisant le champ de temps de réionisation à partir du signal 21 cm. Mon premier objectif a été la reconstruction du champ de temps de réionisation à partir de cartes simulées du signal 21 cm via un réseau de neurones profond. J’ai montré que le redshift d’observation et le bruit impactent grandement les performances de reconstruction. J’ai ensuite étudié des modèles de matière sombre tiède (WDM) et leur impact sur l’histoire de réionisation et sur le champ de temps de réionisation. L’histoire de réionisation et les reconstructions issues de modèles WDM de faible masse s’écartent de celles obtenues avec le modèle CDM.

The Epoch of Reionisation is a period during which the Universe transitions from a neutral and cold state to an ionised and hot state due to the influence of the first radiation sources. During this epoch, the neutral hydrogen emitted the 21 cm signal, which can be observed from Earth using radio telescopes such as SKA. My research focused on studying the reionisation process by modelling the reionisation time field from the 21 cm signal. My first objective was reconstructing the reionisation time field from mock 21 cm signal maps using a convolutional neural network. I demonstrated that the observation redshift and noise significantly affect the reconstruction performance. Next, I explored Warm Dark Matter (WDM) models and studied their impact on the reionisation history and the reionisation time field. The history of reionisation and the reconstructions from WDM models with low-mass particle deviate from the CDM ones.