Thèse Contraindre la Cosmologie et les Effets de Rétroaction Baryonique à l'Aide des Anisotropies Secondaires du Fond Diffus Cosmologique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Savoie Mont-Blanc École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Annecy de Physique théorique Direction de la thèse : Azadeh MORADINEZHAD ORCID 0000000188419989 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59 Nous sommes entrés dans l'âge d'or de la cosmologie de précision grâce aux grands relevés de structures à grande échelle (LSS) tels qu'Euclid. Cependant, la puissance statistique de ces relevés est fondamentalement limitée par la rétroaction baryonique. Les processus énergétiques liés aux noyaux actifs de galaxies (AGN) et aux supernovae redistribuent violemment le gaz diffus, modifiant le spectre de puissance de la matière aux échelles non linéaires. S'il n'est pas modélisé correctement, ce phénomène biaise les paramètres cosmologiques déduits du lentillage gravitationnel faible et du regroupement galactique. Ce projet de thèse de 3 ans vise à résoudre ce problème en utilisant les anisotropies secondaires du fond diffus cosmologique (CMB) : les effets Sunyaev-Zel'dovich thermique et cinématique (tSZ et kSZ). En exploitant les cartes CMB haute résolution de l'expérience SPT-3G, combinées aux données optiques de DES et 4MOST, le candidat effectuera une analyse de corrélations croisées tSZ + kSZ + galaxies. Cela permettra de cartographier la thermodynamique et la cinématique du milieu circumgalactique et intergalactique. De plus, le signal kSZ servira à reconstruire le champ de vitesse cosmique à grande échelle. Ce champ de vitesse sera ensuite appliqué à la cosmologie fondamentale pour mesurer le taux de croissance des structures et imposer des contraintes très strictes sur la non-gaussianité primordiale locale (fnl). Hébergé au LAPTh (Annecy), ce projet fait le pont entre l'astrophysique et la physique fondamentale. La cosmologie moderne s'appuie sur de vastes relevés photométriques et spectroscopiques (tels qu'Euclid, DESI, et le futur Observatoire Vera C. Rubin) pour cartographier la distribution de la matière noire et de l'énergie noire avec une précision sub-pourcent. L'extraction de ces informations repose sur une modélisation extrêmement précise du spectre de puissance de la matière. La difficulté majeure réside dans la modélisation des échelles intermédiaires et petites, où les processus astrophysiques liés aux baryons (la matière ordinaire) dominent.
La 'rétroaction baryonique' (baryonic feedback), induite par les vents galactiques, les explosions de supernovae et l'activité des trous noirs supermassifs (AGN), chauffe et expulse le gaz très au-delà du rayon du viriel des halos de matière noire. Ce processus supprime le regroupement de la matière à certaines échelles, ce qui peut fausser dramatiquement l'interprétation des données de lentillage gravitationnel et de regroupement galactique.
Pour briser cette dégénérescence, il est crucial de sonder directement l'état physique de ce gaz diffus et ionisé. Les anisotropies secondaires du fond diffus cosmologique (CMB) constituent la sonde la plus pure pour y parvenir :

L'effet tSZ (thermique) : trace l'intégrale de la pression électronique sur la ligne de visée.
L'effet kSZ (cinématique) : trace la quantité de mouvement des électrons (densité pondérée par la vitesse radiale particulière). Ce projet de doctorat, codirigé par le Dr Abhishek S. Maniyar et la Dre Azadeh Moradinezhad au LAPTh, poursuit trois objectifs scientifiques majeurs :
1. Caractérisation de la rétroaction baryonique : Contraindre conjointement les profils de pression et de densité du gaz autour des halos galactiques pour informer et calibrer la physique 'sous-maille' des simulations hydrodynamiques, levant ainsi le verrou baryonique pour les relevés comme Euclid.
2. Reconstruction cinématique : Isoler le signal kSZ afin de développer et d'appliquer des estimateurs permettant de reconstruire le champ de vitesse cosmique tridimensionnel à grande échelle.
3. Tests de physique fondamentale : Exploiter le champ de vitesse reconstruit pour des applications cosmologiques inédites : Mesurer le taux de croissance des structures (f sigma8) aux grandes échelles pour tester la Relativité Générale et les modèles de gravité modifiée. Utiliser la technique d'annulation de la variance d'échantillonnage (sample variance cancellation) en combinant le champ de vitesse et la distribution des galaxies pour contraindre rigoureusement la non-gaussianité primordiale locale (fnl), permettant de discriminer les modèles d'inflation cosmologique. Le ou la doctorant(e) exploitera des ensembles de données de pointe. Les cartes de température et de polarisation du CMB à haute résolution proviendront de la caméra SPT-3G du South Pole Telescope. Ces cartes seront croisées (corrélations croisées spatiales) avec des catalogues de galaxies de premier plan, combinant la photométrie de précision du Dark Energy Survey (DES) et la spectroscopie massive de l'instrument 4MOST.

D'un point de vue méthodologique, le projet nécessitera :
(1) Le développement et l'optimisation de pipelines d'analyse de données sur Python (utilisation de healpy, astrostatisques).
(2) L'application de méthodes d'estimation du kSZ (ex. estimateur de paires, ou reconstruction de l'effet d'optique via la fonction de corrélation spatiale).
(3) La modélisation théorique des signaux croisés à l'aide du modèle de halo (Halo Model).
(4) L'utilisation de méthodes d'inférence bayésienne (MCMC) pour extraire les paramètres astrophysiques et cosmologiques tout en marginalisant les erreurs systématiques et les avant-plans astrophysiques (poussière galactique, CIB).

Nous recherchons une personne disposant d'une solide formation académique, de niveau master ou équivalent, en astrophysique, cosmologie ou physique. La candidate ou le candidat devra maîtriser la programmation en Python pour l'analyse de données à grande échelle ; une expérience avec des bibliothèques telles que healpy, astropy, numpy et matplotlib constituera un atout important. Une bonne maîtrise de l'analyse statistique et de la science des données est également attendue. Une expérience préalable, ou au moins une familiarité, avec l'analyse de données du CMB, les jeux de données de structures à grande échelle ou les corrélations croisées spatiales sera appréciée, sans être strictement requise. Enfin, nous recherchons une personne dotée de bonnes compétences en communication et capable de travailler de manière autonome dans un environnement de recherche collaboratif.