Thèse Non-Gaussianités Primordiales dans le Cmb et les Structures à Grande Échelle H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie Direction de la thèse : Bartjan VAN TENT ORCID 0009000523195255 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-15T23:59:59 Le projet s'inscrit dans la continuité des développements méthodologiques réalisés pour l'analyse des non-gaussianités du CMB, en particulier à partir des données de Planck, et vise à étendre et approfondir ces outils dans plusieurs directions complémentaires. Ilne sera probablement pas possible de travailler sur tous les points détaillés ci-dessous pendant les trois années de thèse; on choisira en fonction du contexte scientifique et l'intérêt du candidat.
Un premier axe porte sur l'approfondissement de l'analyse non-gaussienne des données existantes de Planck, en particulier la version PR4. Il s'agira d'élargir l'étude à un ensemble beaucoup plus vaste de formes de bispectre que les formes standards, et d'exploiter les développements récents de la méthode de séparation de composantes SMICA incluant l'estimation du bispectre, afin d'en tirer de nouvelles contraintes sur les modèles inflationnaires.
Un deuxième axe concerne le développement plus approfondi, théorique et numérique, de l'estimateur de bispectre biné. Il s'agit notamment d'optimiser la combinaison des données issues de futures expériences CMB telles que LiteBIRD, Simons Observatory, et ACTPol qui présentent des résolutions et des fractions de ciel différentes et complémentaires.
Un dernier volet vise à transposer le savoir-faire acquis dans l'analyse du bispectre du CMB vers les expériences de relevés de structure à grande échelle, tels que Euclid et Vera C. Rubin Observatory. L'extraction des non-gaussianités primordiales à partir des relevés de galaxies est plus complexe en raison de l'évolution des structures qui ne peut plus être traitée par une méthode perturbative, mais elle offre en contrepartie l'accès à un volume tridimensionnel d'information cosmologique. Le projet consistera à établir sur des bases théoriques solides une adaptation de la méthode du bispectre biné à ce nouveau contexte observationnel. Par ailleurs, la question du traitement optimal des effets de masque et de couverture incomplète du ciel, déjà cruciale pour le CMB, devra également être revisitée et adaptée aux relevés de galaxies à venir.
Une autre direction de recherche possible est le développement d'un estimateur de trispectre biné et son application aux données de Planck. Le trispectre, correspondant à la transformée de Fourier du corrélateur à quatre points, constitue un observable complémentaire au bispectre pour discriminer les scénarios inflationnaires. Son analyse des données de Planck, jusqu'à présent très limitée, représente une opportunité importante pour renforcer les contraintes observationnelles sur la physique de l'Univers primordial. L'inflation est une théorie majeure de l'Univers primordial qui explique, entre autres, l'origine des fluctuations observées dans le fond diffus cosmologique (CMB) ainsi que celle de la structure à grande échelle de la distribution des galaxies. Toutefois, il existe de nombreux modèles d'inflation, et l'un des défis de la cosmologie moderne consiste à trouver des moyens de les distinguer au niveau de leurs prédictions pour les observables, afin de les confronter aux données expérimentales.
Une approche particulièrement importante repose sur l'étude de l'amplitude et de la nature des non-gaussianités produites durant l'inflation en raison des perturbations du second ordre. À la suite des résultats du satellite Planck, les non-gaussianités sont devenues un domaine de recherche quantitatif et particulièrement actif.
Au cours de la dernière décennie, l'analyse des non-gaussianités primordiales s'est ainsi imposée comme un axe central de la cosmologie observationnelle. Les résultats de la mission Planck ont permis de contraindre avec une précision sans précédent l'amplitude des non-gaussianités du CMB, en particulier via l'étude du bispectre, c'est à dire la transformée du corrélateur à trois points, qui constitue la statistique non gaussienne dominante. Dans ce contexte, l'enjeu scientifique actuel est double. D'une part, il s'agit d'exploiter pleinement les données existantes, notamment les dernières versions des données de Planck, afin d'affiner encore les contraintes sur l'inflation grâce à des analyses non gaussiennes. D'autre part, la nouvelle génération d'expériences promet un gain substantiel en sensibilité et en complémentarité observationnelle. Les futures missions CMB telles que LiteBIRD et Simons Observatory amélioreront notamment l'accès à la polarisation et à différentes gammes d'échelles angulaires. En parallèle, les expériences de relevés de structure à grande échelle, comme Euclid et Vera C. Rubin Observatory, ouvriront une fenêtre tridimensionnelle sur la distribution de la matière, offrant un volume d'information cosmologique considérablement accru par rapport à la surface bidimensionnelle du CMB.
Le développement et l'extension d'outils statistiques adaptés à cette nouvelle ère observationnelle constituent donc un enjeu stratégique. Un élément clé de ce projet est l'estimateur de bispectre biné, accompagné de son implémentation numérique, permettant l'estimation efficace et flexible des non-gaussianités primordiales. Cet outil, initialement développé par B. van Tent et ses collaborateurs, a démontré son efficacité dans le cadre des analyses CMB et représente une base méthodologique solide pour les extensions vers de nouvelles données et de nouveaux observables.
Par ailleurs, l'extension de cette méthodologie aux données de structure à grande échelle représente une opportunité majeure. Contrairement au CMB, les fluctuations de densité dans la distribution des galaxies ne peuvent plus être traitées comme de simples perturbations de faible amplitude et demandent alors un traitement non-perturbatif. Toutefois, ces relevés sondent un volume tridimensionnel, ce qui offre un potentiel considérablement accru pour contraindre les non-gaussianités primordiales. La préparation d'un estimateur de bispectre biné spécifiquement conçu pour les structures à grande échelle vise ainsi à transposer le savoir-faire acquis sur le CMB vers ce nouveau régime, en tenant compte des effets d'évolution non linéaire et des spécificités inhérentes à ce domaine. * Analyse non-gaussienne plus profonde des données existantes (en particulier Planck PR4).
* Développement plus approfondi de l'estimateur du bispectre biné pour le CMB dans le cadre des expériences futures (p.ex. combinaisen optimale d'expériences différentes, incorporation dans la méthode de séparation des composantes SMICA).
* Transposer le savoir-faire acquis dans l'analyse du bispectre du CMB vers les expériences de relevés de galaxies (LSS) pour créer un estimateur du bispectre pour la structure à grande échelle.
* Développement d'un estimateur du trispectre.

Une bonne connaissance de la cosmologie ainsi qu'un intérêt et de l'expérience en programmation (Python et C) sont essentiels pour le candidat, vu que la plupart du projet concerne le développement de codes numériques. Le candidat devra également montrer de l'intérêt pour l'analyse des données, parce que, en plus de l'analyse des données à proprement parler dans le projet, tout le travail théorique et de développement numérique a pour but d'améliorer l'analyse des données futures.