Towards robust CMB B-mode power spectrum estimation for the next generation of the CMB polarization experiments
Vers une estimation robuste du spectre en puissance des modes B du fond diffus cosmologique pour les futures expériences d'observation en polarisation
par Magdy MORSHED sous la direction de Radek STOMPOR et de Josquin ERRARD
Thèse de doctorat en Physique de l'univers
ED 560 Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers, Paris

Soutenue le jeudi 26 septembre 2024 à Université Paris Cité

Sujets
  • Algorithme de Gibbs
  • Analyse en composantes indépendantes
  • Cosmologie
  • Fond diffus cosmologique
  • Polarisation (physique nucléaire)
  • Spectres

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Mots clés
Cosmologie, Fond diffus cosmologique, Analyse de données, Estimation de spectre en puissance, Séparation de composantes, Algorithme de Gibbs, Polarisation
Resumé
L'exploitation des observations du Fond Diffus Cosmologique (CMB) a donné lieu à de nouvelles contraintes majeures sur le modèle cosmologique standard durant les dernières décennies, approfondissant notre compréhension de l'Univers primitif. Les futures générations d'expériences CMB sont pensées pour améliorer ces contraintes tout en étant confrontées à de nombreux obstacles instrumentaux et dans l'analyse. La détection des modes B de polarisation du CMB n'a jamais été effectuée et constitue l'un des objectifs scientifiques majeurs des expériences CMB futures telles que Simons Observatory. Une détection de ce signal ténu constituerait une précieuse source d'information sur l'Univers primitif, soit en confirmant nos attentes sur l'hypothétique phase d'inflation, soit en révélant une phénoménologie plus complexe que nos prédictions. L'une des observables majeurs est le spectre en puissance, dont l'estimation est confrontée à nombre de contraintes fondamentales, instrumentales, astrophysiques et numériques. Cette thèse décrit les solutions proposant de faire face à certaines de ces contraintes. Les premiers projets présentés dans cette thèse sont dans le contexte de la collaboration Simons Observatory et se concentrent sur l'atténuation de la fuite des modes E polarisés du CMB dans les modes B, notamment à cause de l'observation partielle du ciel et des opérations de filtrage. Deux techniques d'estimation des pseudo spectres en puissance purifiés et de purification matricielle sont présentées comme des solutions possibles, l'implémentation de la deuxième étant effectuée dans un formalisme numérique choisi pour ses performances. Les deux projets sont appliqués dans des études spécifiques à Simons Observatory. Cette thèse introduit également l'estimation du spectre en puissance des modes B dans le contexte de la séparation de composantes, l'identification minutieuse et la suppression des émissions Galactiques contaminant les observations. Cette étape de l'analyse est critique car tout résidu de ces avant-plans propagé dans le CMB estimé pourrait être interprété comme provenant d'une origine cosmique. Une estimation jointe du CMB et des paramètres effectifs de la séparation de composantes utilisant une approche minimalement informée est présentée, ainsi que le travail sur son extension et son implémentation minutieuse basée sur un échantillonnage de Gibbs. Cette méthode est élaborée pour être robuste aux propriétés complexes des avant-plans Galactiques tout en offrant une capacité adéquate à contraindre le CMB. La validation de cette approche est présentée dans une première application à des simulations d'observations.