Tester les modèles cosmologiques avec la forêt Lyman-alpha du grand relevé DESI // Testing cosmological models with the Lyman-alpha forest from the DESI survey

La distribution de matière à grande échelle dans l'univers est utilisée pour tester nos modèles cosmologiques. On utilise pour cela avant tout les oscillations acoustiques de baryons (BAO) mesurée dans la fonction de corrélation à deux points de cette distribution. Cependant l'ensemble du champ de matière contient des informations à diverses échelles, qui permettent de mieux contraindre nos modèles que le BAO seul. A redshift z > 2, la meilleure sonde de cette distribution de matière est la forêt Lyman-alpha, un ensemble de raies d'absorption mesurées dans les spectres de sources lointaines. Le grand relevé spectroscopique DESI a collecté environ un million de ces spectres. Avec le lot partiel de données "DR2", nous avons déjà mesuré le BAO avec une précision de 0.7%, contraignant ainsi fortement le taux d'expansion de l'univers au cours des premiers milliards d'années de son évolution.

Le but de cette thèse est d'exploiter l'ensemble complet des données Lyman-alpha à grande échelle de DESI pour obtenir les meilleures contraintes possibles sur les modèles cosmologiques. Pour cela, dans une première étape l'étudiant appliquera pour la première fois une méthode dite de reconstruction, qui permet d'améliorer la précision de la mesure du BAO, en exploitant l'information du champ de densité de matière. Dans la suite de sa thèse, en lien avec des efforts similaires menés dans notre groupe avec les galaxies de DESI, il implémentera une nouvelle méthode dite de simulation-based inference: dans cette approche l'ensemble du champ de matière est utilisé directement pour estimer les paramètres cosmologiques en particulier l'énergie noire. L'étudiant apportera ainsi une pierre importante aux mesures cosmologiques finales de DESI avec le Lyman-alpha.

Cette thèse sera de préférence précédée d'un stage.

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The large-scale distribution of matter in the universe is used to test our cosmological models. To do this, we primarily use baryon acoustic oscillations (BAO) measured in the two-point correlation function of this distribution. However, the entire matter field contains information at various scales, which allows us to place tighter constraints on our models than BAO alone. At redshifts z > 2, the best probe of this matter distribution is the Lyman-alpha forest, a set of absorption lines measured in the spectra of distant sources. The large-scale DESI spectroscopic survey has collected approximately one million of these spectra. Using the partial data release “DR2”, we have already measured the BAO with a precision of 0.7%, thereby strongly constraining the expansion rate of the universe during the first billion years of its evolution.

The goal of this thesis is to analyze the complete set of DESI large-scale Lyman-alpha data to obtain the best possible constraints on cosmological models. To this end, in the first stage, the student will apply, for the first time, a method known as “reconstruction”, which improves the precision of the BAO measurement by utilizing information from the matter density field. Later in the thesis, building on similar efforts conducted in our group using DESI galaxies, the student will implement a new method known as simulation-based inference: in this approach, the entire matter field is used directly to estimate cosmological parameters, particularly dark energy. The student will thus make a significant contribution to DESI’s final cosmological measurements using Lyman-alpha.

This thesis should preferably be preceded by an internship.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules
Laboratoire : Groupe Cosmologie (GCOSMO)
Date de début souhaitée : 01-10-2027
Ecole doctorale : PHENIICS (PHENIICS)
Directeur de thèse : Armengaud Eric
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DPhP
URL : https://irfu.cea.fr/dphp/
URL : https://www.desi.lbl.gov

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Service de Physique des Particules

M2 physique fondamentale / astrophysique