Contraintes cosmologiques avec le grand relevé spectroscopique de quasars de eBOSS/SDSS-IV

Abstract

During my thesis, the objective was to study the clustering of the sample of eBOSS quasars through its power spectrum. On the one hand, we focused on the acoustic oscillations of baryons to constrain DM/rd et DH/rd. On the other hand, we modelled the full shape of the power spectrum to add a constraint on the growth rate of the structures fσ ₈. These models were tested on mocks built from an N-body simulation. We tested the redshift uncertainty specific to quasars as part of this extitmock challenge. We implemented a Finger-of-God term to take into account these non-Gaussian uncertainties. We tested our models on mocks whose cosmology was unknown to us. This highlighted a shift in the parameters if our fiducial cosmology is too far from the real cosmology of the survey. This shift is not significant for eBOSS survey but can be problematic for future spectroscopic surveys. Then, we tested the systematic effects of our survey on fast mocks with the same geometry as the data. We implemented the systematic observational effects on these mocks. We have demonstrated a shift in the power spectrum by the implementation of fibre collisions, we are missing ~ 40% of small scale pairs perpendicular to the line of sight. We model it in the power spectrum by adding a window function to these scales. For both models, the total systematic error is lower than or equal to 30% of the statistical error for each parameter, the largest part coming from spectrum modelling. We combined our analysis and the analysis of the same catalog of quasars in configuration space, which leads to constraints of DH/rd = 13.26 ± 0.55 and DM/rd = 30.69 ± 0.80 for BAO-only analysis; and DH/rd = 13.23 ± 0.47, DM/rd =30.21 ± 0.79 and fσ ₈ =0.462 ± 0.045 for the analysis of the full shape of the power spectrum. These measurements are in agreement with the analyzes of the CMB; the measurement of the linear growth rate of structures, fσ ₈ is 1.9σ higher compared to Planck's value. Using all the measurements from the galaxy clustering analyzes of SDSS, we bring important constraints of cosmological parameters such as the equation of state of l dark energy or the curvature of the universe. Next, we sought to ensure that our analysis of the full shape of the power spectrum did not depend on fiducial cosmology. We analyze the observed power spectrum using several model with different cosmological parameters, the informative parameters of our fit are set to their value ΛCDM+GR and then interpolate, using a Gaussian process, the χ² map over the space of cosmological parameters to fit the latter. This allows to not compressing the information. In doing so, we adjust the set of cosmological parameters without any prior coming from external probes as is usually done in analyzes of the structuring of galaxies. By analyzing the quasar survey, we increase the disagreement with Planck on the amplitude of the fluctuations of matter, σ₈, to 3.1σ. Our combined analysis of eBOSS quasar and LRG surveys, as well as the BOSS low-z surveys, is in agreement with Planck's analysis. We obtain stronger constraints on Ωm than with the standard analyzes of SDSS. This method could be used within the framework of future large spectroscopic surveys such as DESI or Euclid to minimize the systematic error due to the model while improving the statistical constraints.Durant ma thèse, l'objectif était d'étudier la structuration de l'échantillon de quasars de eBOSS au travers de son spectre de puissance. D'une part, nous nous sommes focalisés sur les oscillations acoustiques de baryons pour contraindre DM/rd et DH/rd. D'autre part, nous avons modélisé la forme complète du spectre de puissance pour ajouter une contrainte sur le taux de croissance des structures fσ ₈. Ces modèles ont été testés sur des mocks construits à partir d'une simulation à N-corps. Nous avons testé l’incertitude en redshift particulière aux quasars dans le cadre de ce extitmock challenge. Nous avons implémenté un terme de Finger-of-God permettant de prendre en compte ces incertitudes non-gaussiennes. Nous avons testé nos modèles sur des mocks dont la cosmologie nous était inconnue. Cela a mis en évidence un décalage des paramètres si notre cosmologie fiducielle est trop éloignée de la cosmologie réelle du relevé. Ce décalage n'est pas significatif pour le relevé de eBOSS mais peut être problématique pour les futurs relevés spectroscopiques. Ensuite, testé les effets systématiques de notre relevé sur des mocks rapides ayant la même géométrie que les données. Nous avons implémenté les effets systématiques observationnels sur ces mocks. Nous avons mis en évidence un décalage du spectre de puissance par l'implémentation des collisions de fibres, nous manquons ~ 40% des paires à petite échelle perpendiculairement à la ligne de visée. Nous l'avons modélisé dans le spectre de puissance en ajoutant une fonction de sélection à ces échelles. Pour les deux modèles, l'erreur systématique totale est inférieure ou égale à 30% de l'erreur statistique pour chacun des paramètres, la plus importante part provenant de la modélisation du spectre. Nous avons combiné notre analyse et l'analyse du même catalogue de quasars en espace de configuration, ce qui amène à des contraintes de DH/rd = 13.26 ± 0.55 et DM/rd = 30.69 ± 0.80 pour l'analyse BAO uniquement; et DH/rd = 13.23 ± 0.47, DM/rd =30.21 ± 0.79 et fσ ₈ =0.462 ± 0.045 pour l'analyse de la forme complète du spectre de puissance. Ces mesures sont en accord avec les analyses du CMB; la mesure du taux de croissance linéaire des structures, fσ ₈ est plus haut de 1.9σ en comparaison de la valeur de Planck. En utilisant toutes les mesures des analyses de la structuration des galaxies de SDSS, nous apportons d'importantes contraintes des paramètres cosmologiques. Ensuite, nous avons cherché à ce que notre analyse de la forme complète du spectre de puissance ne dépende pas de la cosmologie fiducielle. Nous analysons le spectre de puissance observé à l'aide de plusieurs modèles avec différents paramètres cosmologiques, les paramètres informatifs de notre ajustement sont fixés à leur valeur ΛCDM+GR pour ensuite interpoler, à l'aide d'un processus gaussien, la nappe de χ² sur l'espace des paramètres cosmologiques pour ajuster ces derniers. Cela permet de ne pas compresser l'information. Ce faisant, nous ajustons l'ensemble des paramètres cosmologiques sans a priori provenant de sondes externes comme cela est habituellement fait dans les analyses de la structuration de galaxies. En analysant le relevé de quasars, nous augmentons le désaccord avec Planck sur l'amplitude des fluctuations de matière, σ₈, à 3.1σ. Notre analyse conjointe des relevés de quasars et de LRG de eBOSS ainsi que du relevé low-z de BOSS est en accord avec l'analyse de Planck. Nous obtenons des contraintes plus fortes sur Ωm qu'avec les analyses standard de SDSS. Cette méthode pourra être utilisée dans le cadre des futurs grands relevés spectroscopiques tel que DESI ou Euclid pour minimiser l'erreur systématique due au modèle tout en améliorant les contraintes statistiques