Dark Energy Tomography with the Euclid survey - CEA - Université Paris-Saclay
Thèse Année : 2024

Dark Energy Tomography with the Euclid survey

Tomographie de l'énergie sombre avec le satellite Euclid

Lisa Goh
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1483191
  • IdRef : 281700729

Résumé

The current LCDM concordance model has been widely successful in describing our Universe. However, crucial questions remain unanswered and are becoming increasingly critical with the continuous release of high-precision cosmological data. This has led to the exploration of modified LCDM models, one of them being the Coupled Dark Energy (CDE) model, whereby dark matter particles feel a force stronger than gravity, due to the fifth force mediated by a scalar field which plays the role of dark energy. In my thesis, I introduce a new parametrisation of the CDE model where the coupling strength between the dark matter particles and the scalar field is allowed to evolve with redshift. To probe such a tomographic CDE model, I employ high redshift Cosmic Microwave Background (CMB) data from Planck, ACT and SPT, and a range of low redshift probes including, for the first time, Large Scale Structure (LSS) data from weak lensing, galaxy clustering, and their cross-correlation galaxy-galaxy lensing. I find that LSS data allows us to recover tight constraints on coupling at low redshifts, comparable to that obtained with highly precise CMB data, making it a promising probe to test CDE models at low redshifts. I go on to develop other applications of the tomographic CDE model, such as investigations on an early coupled quintessence model whereby coupling is only activated during the radiation-dominated era, and constrain such a phenomenological model with observational data for the first time. I also explore whether deep learning techniques such as neural networks can differentiate between LSS data generated from a LCDM model and a tomographic CDE model. Finally, I turn my attention to current stage IV galaxy surveys such as Euclid, which will map the LSS of the Universe and provide weak lensing and galaxy clustering data of unprecedented accuracy and precision. Within the consortium, I contribute to developing the official Euclid likelihood code, with the ultimate aim of obtaining constraints on extended LCDM models with Euclid data. I have also worked on developing the cosmic shear inference pipeline for UNIONS, a ground-based photometric galaxy survey in the northern hemisphere that will also complement Euclid observations. These LSS surveys thus usher in an exciting era of precision cosmology, allowing us to increase our understanding of the Universe and potentially uncover hints of new physics.
Le modèle de concordance actuel, LCDM, a largement réussi à décrire notre Univers. Cependant, des questions cruciales restent sans réponse et deviennent de plus en plus critiques avec la publication continue de données cosmologiques de haute précision. Cela a conduit à l'exploration de modèles LCDM modifiés, parmi lesquels figure le modèle de l'énergie noire couplée, dans lequel les particules de matière noire sont sujettes à une force plus importante que la force gravitationnelle, en raison d'une cinquième force générée par un champ scalaire qui joue le rôle de l'énergie noire. Dans ma thèse, j'introduis une nouvelle paramétrisation du modèle de l'énergie noire couplée où la force de couplage entre les particules de matière noire et le champ scalaire est autorisée à évoluer avec le décalage vers le rouge. Pour sonder un tel modèle de l'énergie noire couplée tomographique, j'utilise des données du fond diffus cosmologique à haut décalage vers le rouge provenant de Planck, ACT et SPT, ainsi qu'une gamme de sondes à bas décalage vers le rouge incluant, pour la première fois, des données de la structure à grande échelle issues de la lentille gravitationnelle faible, de l'agglomération des galaxies, et de leur corrélation croisée. Je constate que les données de la structure à grande échelle nous permettent d'obtenir des contraintes importantes sur le couplage à bas décalages vers le rouge, comparables à celles obtenues avec des données très précises du fonds diffus cosmologique, ce qui en fait une sonde prometteuse pour tester les modèles de l'énergie noire couplée à bas décalages vers le rouge. Je développe ensuite d'autres applications du modèle de l'énergie noire couplée tomographique, comme un modèle de quintessence couplée précoce où le couplage n'est activé que pendant l'ère dominée par le rayonnement, et je contrains un tel modèle phénoménologique avec des données observationnelles pour la première fois. J'explore également des techniques d'apprentissage profond telles que les réseaux neuronaux, pour tester si elles peuvent différencier les données de la structure à grande échelle générées à partir d'un modèle LCDM et d'un modèle de l'énergie noire couplée tomographique. Enfin, nous tournons notre attention vers les relevés actuels de galaxies de stage IV, tels que Euclid, qui réaliseront une cartographie de la structure à grande échelle de l'Univers et fourniront des données de lentille gravitationnelle faible et d'agglomération des galaxies d'une précision sans précédent. Au sein du consortium, je contribue au développement du code de vraisemblance officiel Euclid, avec pour objectif final d'obtenir des contraintes sur les modèles LCDM étendus avec les données Euclid. J'ai également travaillé sur le développement de la chaîne de traitement pour l'inférence à partir de cisaillement cosmique pour UNIONS, un relevé photométrique de galaxies au sol dans l'hémisphère nord qui complétera également les observations Euclid. Ces relevés des structures à grande échelle inaugurent ainsi une ère passionnante de cosmologie de précision, nous permettant d'accroître notre compréhension de l'Univers et de potentiellement découvrir des indices de nouvelles physiques.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04860625 , version 1 (01-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04860625 , version 1

Citer

Lisa Goh. Dark Energy Tomography with the Euclid survey. Cosmology and Extra-Galactic Astrophysics [astro-ph.CO]. Université Paris-Saclay, 2024. English. ⟨NNT : 2024UPASP091⟩. ⟨tel-04860625⟩
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