Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique

* Résumé : Dans l’Univers, la matière s’agrège sous l’influence de la gravité, formant des structures de plus en plus massives. Aboutissement de ce processus hiérarchique, les amas de galaxies trônent au sommet de cette évolution et jouent ainsi un rôle crucial pour mieux comprendre l’origine et l’évolution des structures dans l’Univers. Composés à 85 % de matière noire, les amas de galaxies sont également des sondes formidables pour cartographier la matière noire et de par leurs propriétés, contraindre les paramètres du modèle cosmologique standard. C’est pourquoi leur étude revêt une grande importance pour affiner notre compréhension fondamentale de l’Univers et motive alors tout particulièrement leur détection.

Étant directement sensible au potentiel gravitationnel, l’effet de lentille gravitationnelle faible est l’outil idéal pour la détection des amas de galaxies par la totalité de la matière qui les composent incluant la matière noire. Avec le développement rapide des détecteurs, la sensibilité et l'étendue de la zone couverte par les relevés optiques grand champ actuels et futurs, l’effet de lentille gravitationnelle peut désormais identifier un nombre croissant d'amas de galaxies. Cela motive considérablement le développement de nouvelles méthodes de détection pour analyser plus rapidement et plus efficacement le large volume de données à venir.

Cette thèse présente une nouvelle méthode de détection multi-échelle des amas de galaxies par l’effet de lentille faible, afin de produire le catalogue d’amas pour EUCLID. En premier lieu, nous introduisons cette nouvelle approche multi-échelle basée sur l'application de la décomposition en ondelettes aux cartes de matière noire. Ensuite, nous nous intéressons à sa validation sur des données simulées avec des propriétés s’approchant de nos attentes avec le télescope spatial EUCLID. Nous comparons ainsi notre méthode avec les méthodes les plus couramment utilisées et les plus performantes. Pour cette comparaison, nous introduisons une nouvelle méthode d’association qui prend en compte le rapport signal sur bruit théorique de la détection par effet de lentille faible et la taille du filtre considéré. Enfin, après ces comparaisons sur ces données simulées, nous présentons les premiers résultats prometteurs sur les données réelles du relevé Hyper-Suprime Cam et les défis que l’application à ces données apporte.

Par cette étude, nous montrons que notre méthode multi-échelle est plus performantes que les autres méthodes standards et qu’elle est aussi plus adaptée pour le traitement des relevés optiques actuels et futurs. Cette étude ouvre ainsi la voie à la production de catalogues d’amas de galaxies sélectionnés par l’effet de lentille gravitationnelle faible.

* Mot-clefs : Amas de galaxies ; halos ; Cosmologie ; Lentillage gravitationnelle faible

* Directeurs de thèse : Sandrine Pires et Gabriel Pratt.

* Membres du jury : James Bartlett, Sophie Maurogordato, Eric Slezak, Frederic Courbin, Etienne PointeCouteau.
 

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* Abstract : In the Universe, matter aggregates hierarchically under the effect of gravity, forming progressively more massive structures. At the pinnacle of this process are galaxy clusters, the formation and evolution of which play a pivotal role in unraveling the origins and development of structures within the Universe. Comprising 85% dark matter, galaxy clusters also serve as potent probes for mapping dark matter and, through the evolution of their properties over time, constraining the parameters of the standard cosmological model. Their study is therefore essential for deepening our fundamental understanding of the Universe, and makes their detection crucial.

Being directly sensitive to the gravitational potential, weak gravitational lensing is an ideal tool for detecting galaxy clusters via the total matter content, including dark matter. With the increasing sensitivity and the expanded area covered by on-going and future wide-field optical surveys, and the development of ever-larger detectors, deep wide-field imaging observations of large areas of the sky are now available. Gravitational lensing can now be used to identify an ever-growing number of galaxy clusters in these images. This strongly motivates the development of faster and more efficient detection methods to analyze the huge volume of upcoming data.

This thesis presents a new multiscale detection algorithm for galaxy clusters using the weak lensing effect, developed with the ultimate aim to produce the cluster catalog for EUCLID. First, we introduce this multi-scale approach based on the application of wavelet decomposition to dark matter maps. Then, we validate it on simulated data with properties approaching our expectations from the EUCLID space telescope. We compare our method to the most commonly used and best-performing methods in the literature. For this comparison, we introduce a new association procedure that takes into account the theoretical signal-to-noise ratio of weak lensing detections and the size of the filter. Finally, after these comparisons on simulated data, we present the first promising results on real data from the Hyper-Suprime Cam survey and the challenges that application to this data brings.

Our findings demonstrate that this multi-scale method outperforms the standard methods and thus, is well-suited to on-going and future optical surveys. This study paves the way for the production of weak gravitational lensing selected galaxy clusters catalogues from new and upcoming surveys.

* Keywords : Galaxies clusters ; haloes ; Cosmology ; Weak gravitational lensing

* Thesis supervisors : Sandrine Pires and Gabriel Pratt.

* Jury members : James Bartlett, Sophie Maurogordato, Eric Slezak, Frederic Courbin, Etienne PointeCouteau.