Euclid preparation. Sensitivity to neutrino parameters
2 AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation
3 IP2I Lyon - Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
4 IAS - Institut d'astrophysique spatiale
5 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
6 LAM - Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
7 LAGRANGE - Joseph Louis LAGRANGE
8 IAP - Institut d'Astrophysique de Paris
9 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
10 CNES - Centre National d'Études Spatiales [Toulouse]
11 CC-IN2P3 - Centre de Calcul de l'IN2P3
12 JUNIA - JUNIA
13 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
14 IPHT - Institut de Physique Théorique - UMR CNRS 3681
15 IJCLab - Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie
16 LPSC - Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie
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Résumé
The Euclid mission of the European Space Agency will deliver weak gravitational lensing and galaxy clustering surveys that can be used to constrain the standard cosmological model and extensions thereof. We present forecasts from the combination of these surveys on the sensitivity to cosmological parameters including the summed neutrino mass $M_\nu$ and the effective number of relativistic species $N_{\rm eff}$ in the standard $\Lambda$CDM scenario and in a scenario with dynamical dark energy ($w_0 w_a$CDM). We compare the accuracy of different algorithms predicting the nonlinear matter power spectrum for such models. We then validate several pipelines for Fisher matrix and MCMC forecasts, using different theory codes, algorithms for numerical derivatives, and assumptions concerning the non-linear cut-off scale. The Euclid primary probes alone will reach a sensitivity of $\sigma(M_\nu)=$56meV in the $\Lambda$CDM+$M_\nu$ model, whereas the combination with CMB data from Planck is expected to achieve $\sigma(M_\nu)=$23meV and raise the evidence for a non-zero neutrino mass to at least the $2.6\sigma$ level. This can be pushed to a $4\sigma$ detection if future CMB data from LiteBIRD and CMB Stage-IV are included. In combination with Planck, Euclid will also deliver tight constraints on $\Delta N_{\rm eff}< 0.144$ (95%CL) in the $\Lambda$CDM+$M_\nu$+$N_{\rm eff}$ model, or $\Delta N_{\rm eff}< 0.063$ when future CMB data are included. When floating $(w_0, w_a)$, we find that the sensitivity to $N_{\rm eff}$ remains stable, while that to $M_\nu$ degrades at most by a factor 2. This work illustrates the complementarity between the Euclid spectroscopic and imaging/photometric surveys and between Euclid and CMB constraints. Euclid will have a great potential for measuring the neutrino mass and excluding well-motivated scenarios with additional relativistic particles.
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