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Theses Year : 2001

Etudes autour des anisotropies du corps noir cosmologique et des amas de galaxies

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Abstract

In order to account for the formation of the well known large scale structures of the Universe, the current cosmological paradigm relies on the instability of the Friedman-Lemaitre model with respect to inhomogeities in the energy density. In this theoretical framework, these inhomogeneities have been predicted, and later observed, to give rise to temperature anisotropies in a millimetric cosmological background radiation (CMB), otherwise thermalized at 3K, which is homogeneous and isotropic. By observing these anisotropies with ever increasing higher sensitivity, present and future CMB experiments like ARCHEOPS, TopHat or PLANCK, hope to test this paradigm with tantalizing precision. However, these experiments entail some unprecedented data-analysis challenges. To overcome some of these issues, we developped a fast multigrid algorithm for making maps of temperature fluctuations from time-ordered data, a power spectrum estimation algorithm via hierarchical decomposition, an analytical modeling of the effects induced by an axisymetric intrumental beam and an original and sensitive statistic to detect a would-be non-Gausian component in the statistical distribution of these fluctuations. Furthermore, looking further down in time at these inhomogeneities, we can distinguish clusters of galaxies amid large scale structures. We also studied these systems, the largest gravitationaly bound systems today. In particular, we developped an analytic model that allows to take into account a non-gravitational heating, whose observational consequences are important. At last, we were able to describe in a more satisfying manner the baryonic content of these clusters by making use of a joint analysis of gravitational distortion observations and, Sunyaev-Zel'dovich effect and X-ray emission measurements, both originating from the hot intra-cluster gas.
Le paradigme cosmologique actuel s'appuie sur l'instabilite du modele de Friedman-Lemaitre vis-a-vis des inhomogeneites de densite d'energie, pour rendre compte de la formation des grandes structures de l'Univers, telles que nous les observons. Dans ce cadre, il a ete predit, puis observe, que ces necessaires inhomogeneites impriment sur un rayonnement fossile millimetrique (CMB), par ailleurs thermalise a 3K, homogene et isotrope, d'infimes variations de temperature. Par l'observation plus precise de telles anisotropies, de nombreuses expériences presentes ou a venir, telles ARCHEOPS, TopHat, ou PLANCK, esperent tester ce paradigme avec une precision sans precedent. Toutefois, les besoins inedits de ces experiences necessitent l'invention de nouvelles methodes d'analyse de donnees CMB. En reponse a certains de ces besoins, nous avons developpe au cours de notre these, une methode multi-grille originale de fabrication rapide de cartes de ces fluctuations de temperature a partir de donnees ordonnees en temps, une methode hierarchique de mesure du spectre de puissance angulaire de ces cartes, une modelisation analytique des effets de lobe instrumental, et un test original de detection d'une composante non-Gaussienne dans la distribution statistique de ces fluctuations. Par ailleurs, regardant ces inhomogeneites bien plus tardivement dans leur evolution, nous pouvons observer, entre autres grandes structures, des amas de galaxies. A ces objets, les plus massifs gravitationnellement lies aujourd'hui, nous nous sommes interesse dans un second temps. En particulier, nous avons construit un modele analytique permettant l'inclusion d'effets de chauffage non-gravitationnel, connus par leurs consequences observationnelles importantes. Enfin, nous avons presente une methode permettant une meilleure description du contenu baryonique de ces amas au moyen d'\emph(une analyse conjointe d'observations de distorsions gravitationnelles, de l'effet Sunyaev-Zel'dovich, et de l'emission X, ces deux derniers effets originant du gaz chaud contenu dans les amas.
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Cite

Olivier Dore. Etudes autour des anisotropies du corps noir cosmologique et des amas de galaxies. Astrophysique [astro-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003122⟩
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