Inférence conjointe basée sur la simulation des cartes tSZ et de la lentille gravitationnelle faible d'Euclide // Joint simulation-based inference of tSZ maps and Euclid's weak lensing

Contexte :
La mission Euclid fournira des mesures de lentille gravitationnelle faible (weak lensing, WL) d’une précision sans précédent, susceptibles de révolutionner notre compréhension de l’Univers. Cependant, à mesure que les incertitudes statistiques diminuent, le contrôle des effets systématiques devient d’autant plus crucial. Parmi ceux-ci, la rétroaction baryonique — qui redistribue le gaz au sein des galaxies et des amas — demeure l’un des principaux effets systématiques astrophysiques limitant la capacité d’Euclid à contraindre l’équation d’état de l’énergie noire. Comprendre la rétroaction baryonique représente aujourd’hui l’un des défis les plus urgents de la cosmologie.

L’effet Sunyaev-Zel’dovich thermique (tSZ) offre une fenêtre unique sur la composante baryonique de l’Univers. Cet effet provient de la diffusion des photons du fond diffus cosmologique (CMB) par les électrons chauds présents dans les groupes et amas de galaxies. Ce même gaz chaud, redistribué par la rétroaction baryonique, est particulièrement pertinent pour la cosmologie des lentilles faibles. La corrélation croisée entre le signal tSZ et le signal WL permet d’étudier la manière dont les baryons tracent et modifient les structures cosmiques, offrant ainsi des contraintes conjointes sur la cosmologie et la physique baryonique.

La plupart des analyses actuelles du signal croisé tSZ–WL reposent sur l’ajustement des spectres de puissance angulaires en supposant une vraisemblance gaussienne. Cependant, le signal tSZ est fortement non gaussien, car il trace les structures massives de l’Univers, et les spectres de puissance ne capturent qu’une partie limitée de l’information contenue dans les données. Pour exploiter pleinement le potentiel scientifique des analyses tSZ–WL, il est donc essentiel de dépasser ces hypothèses simplificatrices.

Sujet de thèse :
L’objectif de ce projet de thèse est de développer un nouveau cadre d’analyse, basé sur des simulations, pour étudier conjointement les signaux tSZ et WL issus d’Euclid. Ce cadre combinera des modèles physiques directs (forward models) avec des techniques statistiques et d’apprentissage automatique avancées, afin de fournir des mesures précises de la rétroaction baryonique et des paramètres cosmologiques. En analysant conjointement les signaux tSZ et WL, ce projet renforcera la précision des analyses cosmologiques d’Euclid et améliorera notre compréhension de la connexion entre matière noire et baryons.
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Context:
The Euclid mission will provide weak lensing measurements with unprecedented precision, which have the potential to revolutionise our understanding of the Universe. However, as the statistical uncertainties decrease, controlling systematic effects becomes even more crucial. Among these, baryonic feedback, which redistributes gas within galaxies and clusters, remains one of the key astrophysical systematic effects limiting Euclid’s ability to constrain the equation of state of dark energy. Understanding baryonic feedback is one of the urgent challenges of cosmology today.

The thermal Sunyaev-Zel’dovich (tSZ) effect provides a unique window into the baryonic component of the Universe. This effect arises from the scattering of cosmic microwave background (CMB) photons by hot electrons in galaxy groups and clusters. This is the same hot gas that has been redistributed by baryonic feedback and is particularly relevant for weak lensing cosmology. The cross-correlation between tSZ and weak lensing (WL) probes how baryons trace and modify the cosmic structures, allowing joint constraints on cosmology and baryonic physics.

Most current tSZ-WL analyses rely on fitting angular power spectra under the assumption of a Gaussian likelihood. However, the tSZ signal is highly non-Gaussian, as it traces the massive structures of the Universe, and the power spectra fail to fully capture the information in the data. To unlock the scientific potential of the tSZ-WL analyses, it is essential to move beyond these simplifying assumptions.

PhD thesis:
The goal of this PhD project is to develop a novel simulation-based framework to jointly analyse tSZ and Euclid’s WL data. This framework will combine physically motivated forward models with advanced statistical and machine-learning techniques to provide accurate measurements of baryonic feedback and cosmological parameters. By jointly analysing tSZ and WL measurements, this project will increase the accuracy of Euclid’s cosmological analyses and improve our understanding of the dark matter-baryon connection.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique
Laboratoire : Laboratoire CosmoStat
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Astronomie et Astrophysique d’Île de France (ED A&A)
Directeur de thèse : Porqueres Natalia
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DAP/LCS
URL : https://www.cosmostat.org/people/natalia-porqueres
URL : https://irfu.cea.fr/dap/

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique