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JCJC - SIMI 5 - Physique subatomique et théories associées, astrophysique, astronomie et planétologie (JCJC SIMI 5)
Edition 2012


AMALGAM


Ajustement de Modèle Appliqué aux Lentilles Gravitationnelles dans les AMas de galaxies.

Lumières sur la matière sombre des amas de galaxies par effets de lentille gravitationnelle
Caracterisation des proprietes lensing (strong, weak et regime intermediaire de flexion) pour les amas de galaxies presents dans les archives des telescopes CFHT et Subaru.

Masse et sous-structure des amas de galaxies comme diagnostics de la matière noire.
Le détail du contenu en masse des galaxies et amas de galaxies reste à ce jour le meilleur laboratoire pour caractériser la matière noire et raffiner notre modèle cosmologique ?CDM. Est-elle « froide » ? Interagit-elle avec elle-même ou avec la matière baryonique classique autrement que via la gravitation ? L’effet de lentille gravitationnelle, qui ne dépend pas de la nature ni de l’état dynamique des structures cosmologiques est le meilleur outil pour une telle analyse. Nous avons donc assemblé le plus gros échantillon d’amas de galaxies, pour y mesurer les distorsions reliées au potentiel gravitationnel et imprimées sur les galaxies d’arrière-plan. En parallèle de ce travail d’analyse de données, nous avons cherché de nouveaux diagnostics statistiques de la distribution de masse des amas dans des simulations cosmologiques d’amas de galaxies, qui exploite les écarts à la symétrie sphérique des amas et qui pourra potentiellement quantifier le degré de sous-structuration de la masse. L'accent est mis sur les propriétés à grande échelle des amas mais surtout sur leurs propriétés à petite échelle à travers les effets d'environnement sur les galaxies membres.

Traitement d’images, forme des galaxies par ajustement bayésien de modèles et reconstruction de masse des amas par effet de lentille.
Pour mesurer les signaux weak et strong lensing, et aussi de flexion (ie, régime intermédiaire) à ~3-4% dans le plus grand échantillon d'amas massifs, il a fallu traiter les données avec soin pour contrôler les distorsions et la réponse impulsionnelle.
Les mesures se basent sur l'ajustement de profils de brillance de très nombreuses galaxies. Nous avons donc amélioré et testé les codes SExtractor et PSFEx en participant au challenge international GREAT3 pour le cisaillement. Le régime de flexion est implémenté dans SExtractor mais n’a pas suffisamment été testé à ce jour.
Une gestion optimale de la maigre information en couleur des sources, a nécessité un effort de modélisation bayésienne du signal dans notre code, sl_fit qui livre des reconstructions de masse en gérant le régime fort sur les images ou des catalogues de sources ainsi que le régime faible avec les catalogues issus de SExtractor et couplés à une technique originale, poorman-z, d’apprentissage du redshift des galaxies au moyen de catalogues de référence.
Nous avons analysé des simulations numériques cosmologiques par des techniques de tracé de rayon pour prédire un signal statistique basé sur une décomposition multipolaire du cisaillement autour des amas.

Résultats

Nous avons construit un pipeline de traitement de données d’imagerie sol grand champ capable de fournir à la volée les images réduites, étalonnées et d’excellente qualité. À l ‘aune des résultats du challenge GREAT3, nos mesures de la forme des galaxies, y compris leur flexion, sont parmi les meilleures disponibles.
Une modélisation optimale de la photométrie multi-bande des sources permet de mesurer avec des biais <3-5%, les masses du plus gros échantillon de 140 amas massifs.
Nous pouvons ainsi contraindre les relations d’échelle des amas, leur degré de concentration, ainsi que l’écart à la symétrie sphérique pour lequel nous avons fait des prédictions théoriques.

Perspectives

Outre les objectifs d'analyse lensing (multi-régime) du plus grand échantillon d'amas de galaxies, nous ambitionnons de porter nos outils de mesure lensing le plus près possible des besoins en précision imposes par les futurs grands relevés cosmologiques que sont le LSST et surtout Euclid.

Productions scientifiques et brevets

1 article sur l'analyse weak lensing des données CFHT et Subaru est soumis au journal Astronomy&Astrophysics. 7 présentations orales dans des conférences internationales accompagnent ces travaux ainsi qu’un poster.
1 article (MNRAS) rapporte notre performance lors du challenge GREAT3.
2 articles (Astronomy&Astrophysics) sur la prédiction de la décomposition multipolaire du signal weak lensing autour des amas sont publiés ainsi qu’un poster.

Partenaires

CNRS Institut d'Astrophysique de Paris

Aide de l'ANR 166 629 euros
Début et durée du projet scientifique mars 2013 - 30 mois

Résumé de soumission

Nous proposons de conduire à l'IAP une étude originale des effets de lentilles gravitationnelles dans un échantillon d'environ 50 amas de galaxies présents dans les archives Megacam du CFHT afin de contraindre la variation par rapport au champ des propriétés en masse des galaxies sous l'effet de l'environnement spécifique de leur amas hôte. En particulier, nous souhaitons caractériser les effets de marée qui vont tronquer leur halo de matière noire. Ce problème sera abordé aux grandes comme aux petites échelles via la mesure des effets de strong lensing et de weak lensing. Une recherche systématique des événements strong lensing permettra de mesurer les variations avec l'environnement de la section-efficace de formation d'anneaux d'Einstein et ainsi sonder la masse des galaxies dans leur coeur (r<10kpc) alors que le cisaillement et, de manière tout à fait originale, la flexion permettra d'étendre les contraintes jusqu'à 1-2 Mpc. Nous pourrons mesurer la variation de la taille des sous-halos de matière noire à mesure qu'ils tombent dans le potentiel de leur amas hôte.

Ce projet constituera une application particulière donnant suite à une phase de développement et de test de deux nouveaux outils d'analyse lensing basés sur le puissant et très populaire programme d'extraction de sources SExtractor et ses capacités d'ajustement rapide de modèles de galaxies:
- un programme ("un robot") de recherche automatique de lentilles fortes sera capable d'identifier les lentilles à l'échelle des galaxies dans des données grand champ (autour d'amas pour le présent projet)
- Un programme rapide de mesure de forme des galaxies capable de déduire les effets de weak lensing aux ordre 2 et 3 dans les dérivées du potentiel, c'est-à-dire capable de mesure le cisaillement et la flexion en tenant compte des poses individuelles, de la connaissance d'un ou plusieurs filtres et capable de gérer les chevauchements d'objets.

Tout en visant en priorité le projet immédiat d'analyse des amas dans l'archive du CFHT, nous garderons à l'esprit les développements possible de ces projet et les futures extensions qui seront rendues possibles par la future génération de grands relevés cosmologiques tels qu'Euclid ou le LSST. Tous nos outils seront construits avec ces spécifications (contrôle des systématiques, rapidité, fonction de sélection) à l'esprit.

Toutes les données réduites et de haut niveaux seront rendues publiques ainsi que nos programmes.

 

Programme ANR : JCJC - SIMI 5 - Physique subatomique et théories associées, astrophysique, astronomie et planétologie (JCJC SIMI 5) 2012

Référence projet : ANR-12-JS05-0006

Coordinateur du projet :
Monsieur Raphael Gavazzi (Institut d'Astrophysique de Paris)
gavazzi@nulliap.fr

Site internet du projet : http://amalgam.iap.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.