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Mesure de l’évolution du taux d’expansion de l’univers par la combinaison des relevés de supernovae ZTF et Subaru
Titre : Mesure de l’évolution du taux d’expansion de l’univers par la combinaison des relevés de supernovae ZTF et Subaru
Directeur de thèse : Nicolas Regnault
Co-encadrant : Marc Betoule
Equipe : Cosmologie et Énergie Noire ; groupe LSST/ZTF II
Description :
Les supernovae de type Ia sont l’outil le plus puissant pour mesurer des rapports de distances dans l’intervalle 10Mpc jusqu’à 3Gpc comobile, où le décalage vers le rouge cosmologique (redshift) atteint l’unité. Elles nous permettent ainsi de retracer l’histoire de l’expansion de l’univers sur les 8 derniers milliards d’années de son histoire. Cet outil a été mis à profit pour la première fois en 1998 par 2 équipes américaines, pour mettre en évidence l’accélération récente de l’expansion de l’univers, grace à la mesure du flux apparent de 3 dizaines de supernovae distantes avec le télescope spatial Hubble.
Depuis ce résultat historique, l’amélioration de la technique d’observation a permis d’accroître à la fois le nombre et la précision des mesures. Le diagramme de Hubble des supernovae de type Ia actuel compte environ 1000 évenements, fruit de la seconde génération d’expériences. Combinées elles permettent une mesure du rapport de distance entre les redshifts 0.1 à 0.6 avec une précision de l’ordre du pourcent, qui se traduit par une mesure à 5% de la valeur du paramètre de l’équation d’état de l’énergie noire.
Le groupe de cosmologie du LPNHE travaille sur 2 instruments de troisième génération, le télescope de 8m Subaru, situé à Hawaii et dont le relevé profond a permis la mesure de 500 supernovae à très haut redshift (0.8<z<1.5), et le télescope très grand champ ZTF qui sonde rapidement toute la partie nord de l’univers local et découvre chaque année près d’un millier de supernovae proches (z<0.1). La combinaison de ces deux expériences étend considérablement le bras de levier en redshift du diagramme de Hubble actuel et accroit sa sensibilité à la dynamique de l’énergie noire. La thèse proposée porte sur l’établissement du diagramme de Hubble combiné de ces deux expériences, et l’inférence des contraintes sur les paramètres cosmologiques associés.
L’étudiant travaillera au sein de l’équipe de cosmologie du LPNHE, dans le cadre des collaborations internationales ZTF et SUSHI. Il aura en charge le développement d’un pipeline d’inférence statistique des paramètres cosmologiques prenant en compte les complexités inhérentes aux données supernovae. Dans un second temps il prendra en charge la combinaison des données existantes aux nouvelles données produites par les expériences ZTF et Subaru dans l’optique d’établir les meilleurs contraintes sur la nature de l’énergie noire avant l’avènement des expériences de quatrième génération.
Sujet de stage de M2 :
L’inférence des paramètres cosmologiques à partir de la mesure du flux apparent des supernovae est compliquée par plusieurs difficultés. L’une d’entre elle est l’existence d’un biais de sélection qui se manifeste près de la limite de détection des relevés. Il est causé par la non-détection des événements moins brillants que cette limite, ce qui biaise négativement la distance moyenne reconstruite. Actuellement le biais de Malmquist sur l’estimation de distance est soit corrigé a posteriori par le recours à des simulations, soit pris en compte dans le modèle statistique, ce qui nécessite alors d’avoir recours à des techniques d’échantillonage lentes. Le stage proposé concerne la recherche et la caractérisation d’un estimateur rapide des paramètres cosmologiques en présence d’un biais de sélection, et constitue une excellente introduction à la problèmatique actuelle de l’inférence cosmologique à partir des données de supernovae.
Lieu de travail : LPNHE, Paris
Déplacements éventuels : Etats-Unis, Japon
Contact :
- Nicolas Regnault, +33 (0)1 44 27 41 83
- Marc Betoule, +33 (0)1 44 27 76 48
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