William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Encadrant :
Benjamin Racine - Dominique Fouchez - racine@cppm.in2p3.fr - fouchez@cppm.in2p3.fr
Sujet :
A la fin des années 90, la mesure de la distance des Supernovae de type 1a (SN1a) et du décalage vers le rouge de leur galaxies hôtes a révélé que lexpansion de lUnivers était en accélération. Plus de 20 ans après cette découverte, la nature de lénergie noire qui serait à lorigine de ce phénomène reste inconnue.
Le modèle de concordance \(\Lambda\)CDM décrit un Univers homogène et isotropes aux grandes échelles, soumis aux lois de la relativité générale (RG). Dans ce modèle, la majorité du contenu énergétique de l'Univers provient de la matière noire froide et de lénergie noire, introduite comme une constante cosmologique. Celle-ci se comporte comme un fluide parfait avec une pression p négative, déquation détat p = - rho, où rho est la densité dénergie.
Certains modèles alternatifs (cf [1] pour une revue) introduisent par exemple des champs scalaires (quintessence) dont lévolution est responsable de l'expansion accélérée. Ces champs scalaires peuvent varier dans le temps et lespace. Ils peuvent donc avoir une équation détat dépendant du temps ainsi que générer des anisotropies de lexpansion.
Dautres modèles proposent de modifier la loi de la gravitation aux grandes échelles imitant le rôle de lénergie noire.
Aujourdhui encore, les supernovae restent lune des sondes les plus précises pour mesurer lexpansion de lUnivers et son homogénéité. Par ailleurs, une partie du décalage vers le rouge des galaxies provient dun effet Doppler dû à leurs vitesses particulières. On peut alors grâce aux supernovae reconstruire le champ de vitesse à grande échelle, et mesurer le taux de croissances des structures cosmiques. Cela nous permettra de tester la loi de la gravitation.
Une anisotropie de lexpansion aux grandes échelles, une modification de la RG, ou une évolution de léquation détat de lénergie noire, seraient toutes des observations révolutionnaires qui remettraient en cause notre modèle actuel.
Jusqu'à aujourd'hui les relevés de supernovae compilaient des données de multiples télescopes compliquant leur analyse statistique. Les relevés du Zwicky Transient Facility (ZTF: https://www.ztf.caltech.edu/) et de lobservatoire Vera Rubin/LSST (https://www.lsst.org/) vont changer la donne. Ils couvrent la totalité du ciel et mesurent avec précision la distance de dizaines (centaines) de milliers de supernovae proches (lointaines).
Le CPPM travaille sur les données de ZTF depuis 2021, et publiera la première analyse cosmologique en 2025 avec ~3000 SN1a. Nous participons à la construction et la mise en place de LSST depuis des années, en se préparant à larrivée des premières données cet été.
Dans le groupe, nous travaillons à la calibration photométrique du relevé ZTF, indispensable pour la précision de mesure dont nous avons besoin (cf ubercalibration [2,3]). Un doctorant venant de soutenir sa thèse a développé un pipeline pour simuler ZTF et mesurer le taux de croissance des structures ([4]) et un doctorant actuel adapte cet exercice à LSST et un autre a débuté en 2024 pour lanalyse de 3000 SN1a de ZTF. Par ailleurs deux postdoctorants ont rejoint le groupe pour travailler sur ZTF, et une chaire dexcellence (DARKUNI de Julian Bautista) étend ce travail en combinant ces données avec les données spectroscopiques de DESI.
Lobjectif de la thèse est de développer et perfectionner ce pipeline danalyse pour mesurer le taux de croissance des structures. La totalité des 30000 SN1a de ZTF sera disponible pour faire lanalyse cosmologique finale de ce relevé.
La thèse coïncide aussi avec l'arrivée des premiers catalogues de SN1a de LSST.
Dautres aspects pourront sajouter à la thèse, comme létude de lhomogénéité de lexpansion, la calibration photométrique des données etc.
Il sagit donc dune thèse de cosmologie observationnelle, pour un-e candidat-e intéressé-e par la cosmologie et lanalyse de données.
William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Encadrant :
S. Escoffier / W. Gillard - 04 91 82 76 64 - escoffier@cppm.in2p3.fr
Sujet :
Contexte scientifique :
La mission Euclid, développée par l'Agence spatiale européenne (ESA), a pour objectif principal de cartographier la géométrie de l'Univers sombre et de mieux comprendre les propriétés de l'énergie noire et de la matière noire. Grâce à une combinaison des observations de la distribution des galaxies et d'observations du cisaillement gravitationnel faible, Euclid fournira des données à une échelle et avec une précision sans précédent.
Le galaxy clustering (distribution des galaxies à grande échelle) et l'effet de lensing gravitationnel faible sont deux des principales observables de la mission Euclid. Le galaxy clustering permet d'étudier la répartition des galaxies dans l'Univers, révélant des informations cruciales sur la structure de lUnivers, sa dynamique et la nature de lénergie noire. De son côté, l'effet de lensing gravitationnel permet d'inférer la distribution de la matière noire en analysant la déformation des galaxies darrière plan par les masses situées en avant-plan.
Lanalyse 3x2pt, qui combine l'analyse du galaxy clustering et du lensing gravitationnel faible (ainsi que leur corrélation croisée), est l'une des approches les plus prometteuses pour exploiter les données issues de ces observations. En effet, elle permet de maximiser les informations sur les paramètres cosmologiques, notamment ceux liés à l'énergie noire, en utilisant des mesures complémentaires pour restreindre les biais systématiques potentiels.
Le sujet de la thèse :
L'objectif de cette thèse est d'exploiter les données issues de la mission Euclid afin de réaliser une étude approfondie du galaxy clustering et de mener une analyse 3x2pt complète. Plus spécifiquement, cette thèse se déclinera en plusieurs étapes principales :
Étude du Galaxy Clustering : Analyser la distribution des galaxies en 3D à grande échelle, à partir des données photométriques et spectroscopiques du relevé dEuclid.
Analyse 3x2pt : Réaliser une analyse combinée 3x2pt, en associant le galaxy clustering et le lensing gravitationnel faible, afin d'exploiter au mieux les informations croisées entre ces deux observables. Optimiser les méthodologies pour réduire les incertitudes systématiques, telles que la contamination par les biais de galaxies et la calibration des redshifts photométriques.
Contraintes cosmologiques : Appliquer ces outils et méthodes aux données DR1 et DR2 dEuclid pour contraindre les modèles d'énergie noire et de matière noire. Comparer les résultats obtenus avec les prédictions théoriques des différents modèles cosmologiques (modèles ?CDM et ses extensions).
Cette thèse se situe à l'interface des observations cosmologiques et des techniques d'analyse avancées. En exploitant les données de la mission Euclid et en appliquant la méthode 3x2pt, ce projet vise à fournir des contraintes cosmologiques cruciales, tout en développant des outils méthodologiques essentiels pour l'analyse des relevés de nouvelle génération. Ce travail contribuera à améliorer notre compréhension de l'Univers sombre et à explorer de nouvelles approches pour l'étude de la matière noire et de l'énergie noire.
Environnement scientifique :
La thèse sera réalisée au Centre de Physique des Particules de Marseille, sous la direction de Stéphanie Escoffier et William Gillard. L'équipe de cosmologie du CPPM est impliquée dans de grands relevés cosmologiques comme DESI, Euclid et Rubin.
Compétences requises :
Le candidat doit être titulaire d'un Master (MSc) en astronomie/astrophysique, physique fondamentale ou science des données. Il/elle doit avoir une solide formation en cosmologie observationnelle et en statistiques, ainsi qu'un intérêt pour les approches méthodologiques avancées et les techniques d'inférence statistique appliquées aux relevés cosmologiques. Une expérience en analyse de données et en programmation (Python, C++) ainsi qu'une familiarité avec le traitement de grands ensembles de données ne sont pas obligatoires, mais constitueraient un atout.
Vingt ans après la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers par des mesures avec les supernovas, la sonde supernovas reste l'un des moyens les plus précis pour mesurer les paramètres de cette période récente de l'histoire de notre univers dominée par ce qu'on appelle l'énergie noire.
L'observatoire Rubin avec le relevé Large Survey of Space and Time (Rubin/LSST) sera mis en service en 2025 et débutera officiellement fin 2025. Il s'agit d'un télescope de 8,4 mètres doté d'une caméra de 3,2 milliards de pixels, la plus puissante jamais construite.
Ce télescope prendra une photo de la moitié du ciel toutes les trois nuits pendant dix ans. Ce sondage permettra de mesurer des milliards de galaxies avec une grande précision et de suivre la variation dans le temps de tous les objets transitoires. Avec de nombreuses autres études astrophysiques, ce sera une machine très puissante pour déterminer les paramètres cosmologiques à l'aide de nombreuses sondes différentes et, en particulier, elle imposera de fortes contraintes sur la nature de l'énergie noire. Le projet LSST vise à découvrir jusqu'à un demi-million de supernovae. Cette amélioration de deux à trois ordres de grandeur statistique par rapport à l'ensemble des données actuelles permettra de tester précisément les paramètres de l'énergie noire, de tester la relativité générale et imposera également de nouvelles contraintes sur l'isotropie de l'univers.
Au cours de la thèse, nous proposons de préparer puis de participer à l'analyse des premières supernovae de Rubin/LSST. La préparation se fera en utilisant les données HSC/Subaru existantes, et les premières images du télescope Rubin.
L'étudiant.e participera à la mise en service de Rubin/LSST. Elle/Il aura en charge de poursuivre les développements des méthodes de deep learning pour l'identification des supernovae et de les mettre en application sur les premières images.
Elle/Il participera ensuite aux premières analyses utilisant les supernovae qu'elle/il aura contribué à identifier.
Le groupe LSST du CPPM est déjà impliqué dans la photométrie de précision pour LSST, avec une implication directe dans la validation des algorithmes au sein de DESC/LSST [1][2][3], et a proposé une nouvelle méthode d'apprentissage profond pour améliorer l'identification photométrique des supernovas [4] et les redshifts photométriques [5].
William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Encadrant :
Gillard William - gillard@cppm.in2p3.fr
Sujet :
Le 1er juillet 2023, le satellite Euclid a été lancé avec succès à bord d'une fusée SpaceX Falcon 9 depuis Cap Canaveral et est désormais pleinement opérationnel sur orbite de halo autour du deuxième point de Lagrange du système Soleil-Terre. Au cours des six prochaines années, Euclid mènera relevé représentant 1/3 du ciel, recueillant des données inestimables pour étudier la distribution spatiale de la matière noire et lumineuse, tout apportant des éléments de réponses sur les origines de laccélération de l'expansion de lUnivers.
Au cours des six premiers mois, des champs spécifiques ont été observés pour leur importance scientifique et pour évaluer les performances d'Euclid. Ces observations, appelées Early Release Observations (ERO), incluent des données d'imagerie spectroscopique sans fente. Ce stage se concentrera sur lanalyse des données spectroscopiques sans fente du cluster de Persée issues des donnée ERO, avec pour objectif d'extraire des spectres de cibles d'intérêts, de confirmer leur redshift afin de déterminer si elles sont gravitationnellement liées à l'amas de Persée.
Le stage nécessitera le développement et la mise en uvre de techniques de traitement dimages adaptées à la spectroscopie sans fente. Plus précisément, les tâches comprendront :
1- Identification et localisation des cibles : Actuellement, cette tâche est effectuée manuellement, en identifiant les sources dintérêt à lil nu sur les image. La première étape du stage consistera donc à adapter des algorithmes pour effectuer une calibration astrométrique des images de spectroscopie sans fente de manière autonome. Cette calibration permettra par la suite de localiser les objets d'intérêt sur les images en fonction de leurs coordonnées astrométriques, accélérant ainsi lidentification de leurs spectrogrammes.
2- Extraction automatisée des spectres : Une fois les cibles localisées, la tâche suivante consistera à adapter les scripts existants, utilisés pour extraire manuellement les spectrogrammes, en une chaîne de traitement autonome.
3- Décontamination et réduction du bruit : Une étape importante sera d'améliorer la chaîne d'extraction et de décontamination, qui souffre actuellement d'aliasing introduit par le binning des pixels des spectrogrammes 2D.
4- Confirmation du redshift : En utilisant les spectres nettoyés, vous travaillerez ensuite à la confirmation des redshifts des cibles en identifiant des caractéristiques spectrales clés telles que les raies démission ou dabsorption. Cette étape est essentielle pour déterminer si ces galaxies ou objets font partie de lamas de Persée ou s'ils se situent en dehors de celui-ci. Comprendre les conditions physiques de ces objets à travers leur redshift permettra également une interprétation astrophysique plus approfondie.
En résumé, ce stage offrira une expérience complète en traitement de données astronomiques, se concentrant sur lextraction autonome de spectres, la confirmation des redshifts, et lanalyse avancée des images, tout en contribuant aux objectifs scientifiques initiaux de la mission Euclid.
Vingt ans après la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers par des mesures avec les supernovas, la sonde supernovas reste l'un des moyens les plus précis pour mesurer les paramètres de cette période récente de l'histoire de notre univers dominée par ce qu'on appelle l'énergie noire.
L'observatoire Rubin avec le relevé Large Survey of Space and Time (Rubin/LSST) sera mis en service en 2025 et débutera officiellement fin 2025. Il s'agit d'un télescope de 8,4 mètres doté d'une caméra de 3,2 milliards de pixels, la plus puissante jamais construite.
Ce télescope prendra une photo de la moitié du ciel toutes les trois nuits pendant dix ans. Ce sondage permettra de mesurer des milliards de galaxies avec une grande précision et de suivre la variation dans le temps de tous les objets transitoires. Avec de nombreuses autres études astrophysiques, ce sera une machine très puissante pour déterminer les paramètres cosmologiques à l'aide de nombreuses sondes différentes et, en particulier, elle imposera de fortes contraintes sur la nature de l'énergie noire. Le projet LSST vise à découvrir jusqu'à un demi-million de supernovae. Cette amélioration de deux à trois ordres de grandeur statistique par rapport à l'ensemble des données actuelles permettra de tester précisément les paramètres de l'énergie noire, de tester la relativité générale et imposera également de nouvelles contraintes sur l'isotropie de l'univers.
Dans ce stage de Master 2, nous proposons d'analyser les premières images Rubin/LSST en utilisant le logiciel LSST et notre méthode d'apprentissage profond pour l'identification des transitoires/supernovas. Le travail sera préparé et mené en parallèle sur les données HSC/Subaru existantes. En effet, les données HSC ont des caractéristiques très proches de celles que nous attendons de Rubin/LSST.
Le groupe LSST du CPPM est déjà impliqué dans la photométrie de précision pour LSST, avec une implication directe dans la validation des algorithmes au sein de DESC/LSST [1][2][3], et a proposé une nouvelle méthode d'apprentissage profond pour améliorer l'identification photométrique des supernovas [4] et les redshifts photométriques [5].
William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Encadrant :
Benjamin Racine - Dominique Fouchez - racine@cppm.in2p3.fr - fouchez@cppm.in2p3.fr
Sujet :
A la fin des années 90, la mesure de la distance des Supernovae de type 1a (SN1a) et du décalage vers le rouge de leurs galaxies hôtes a révélé que lexpansion de lUnivers était en accélération. Plus de 20 ans après cette découverte, la nature de lénergie noire qui serait à lorigine de ce phénomène reste inconnue.
Le modèle de concordance \(\Lambda\)CDM décrit un Univers homogène et isotropes aux grandes échelles, soumis aux lois de la relativité générale (RG). Dans ce modèle, la majorité du contenu énergétique de l'Univers provient de la matière noire froide et de lénergie noire, introduite comme une constante cosmologique. Celle-ci se comporte comme un fluide parfait avec une pression p négative, déquation détat p = - rho, où rho est la densité dénergie.
Certains modèles alternatifs (cf [1] pour une revue) introduisent par exemple des champs scalaires (quintessence) dont lévolution est responsable de l'expansion accélérée. Ces champs scalaires peuvent varier dans le temps et lespace. Ils peuvent donc avoir une équation détat dépendant du temps ainsi que générer des anisotropies de lexpansion.
Dautres modèles proposent de modifier la loi de la gravitation aux grandes échelles imitant le rôle de lénergie noire.
Aujourdhui encore, les supernovae restent lune des sondes les plus précises pour mesurer lexpansion de lUnivers et son homogénéité. Par ailleurs, une partie du décalage vers le rouge des galaxies provient dun effet Doppler dû à leurs vitesses particulières. On peut alors grâce aux supernovae reconstruire le champ de vitesse à grande échelle, et mesurer le taux de croissances des structures cosmiques. Cela nous permettra de tester la loi de la gravitation.
Une anisotropie de lexpansion aux grandes échelles, une modification de la RG, ou une évolution de léquation détat de lénergie noire, seraient toutes des observations révolutionnaires qui remettraient en cause notre modèle actuel.
Jusquaujourdhui les relevés de supernovae compilaient des données de multiples télescopes compliquant leur analyse statistique. Les relevés du Zwicky Tansient Facility (ZTF: https://www.ztf.caltech.edu/) et de lobservatoire Vera Rubin/LSST (https://www.lsst.org/) vont changer la donne. Ils couvrent la totalité du ciel et mesurent avec précision la distance de dizaines (centaines) de milliers de supernovae proches (lointaines).
Le CPPM travaille sur les données de ZTF depuis 2021, et publiera la première analyse cosmologique en 2025 avec ~3000 SN1a. Nous participons à la construction et la mise en place de LSST depuis des années, en se préparant à larrivée des premières données cet été.
Dans le groupe, nous travaillons à la calibration photométrique du relevé ZTF, indispensable pour la précision de mesure dont nous avons besoin (cf ubercalibration [2,3]). Un doctorant venant de soutenir sa thèse a développé un pipeline pour simuler ZTF et mesurer le taux de croissance des structures ([4]) et un doctorant actuel adapte cet exercice à LSST et un autre a débuté en 2024 pour lanalyse de 3000 SN1a de ZTF. Par ailleurs deux postdoctorants ont rejoint le groupe pour travailler sur ZTF, et une chaire dexcellence (DARKUNI de Julian Bautista) étend ce travail en combinant ces données avec les données spectroscopiques de DESI.
Lobjectif de ce stage est dadapter ce pipeline danalyse pour mesurer le taux de croissance des structures avec la totalité des 30000 SN1a de ZTF. Il faudra alors utiliser des algorithmes de machine learning pour classifier les SN1a à partir des données photométriques [5].
Il sagit donc dun stage de cosmologie observationnelle, pour un-e candidat-e intéressé-e par la cosmologie et lanalyse de données.
La mission Euclid (http://www.euclid-ec.org) est un projet majeur de lESA qui a lancé en juillet 2023 un télescope spatial dédié à la compréhension de lUnivers et réalisera une cartographie de tout le ciel. Dune précision jamais atteinte auparavant, ces mesures des grandes structures de lUnivers lointain permettront de tester le modèle cosmologique et en particulier de questionner la nature de lénergie noire. La cartographie sera obtenue grâce au spectrophotomètre NISP et les 16 détecteurs infrarouges de son plan focal dont le CPPM a réalisé la calibration au sol, étape fondamentale pour valider les performances de linstrument.
Activité principale<\b>
Les détecteurs infrarouges du NISP ont été développés expressément pour la mission Euclid. À la pointe de la technologie, chacun est constitué dune matrice de 2048 x 2048 pixels. Leur calibration fine a été réalisée au CPPM et a donné lieu à lenregistrement de 500 To de données à analyser. Ces données montrent clairement la présence de persistance qui vient polluer les données pendant plusieurs heures dacquisition. Afin dacquérir une meilleure compréhension du phénomène, lingénieur/lingénieure-stagiaire cherchera à caractériser la persistance et à comprendre linfluence des paramètres environnementaux sur celle-ci.
Pour ce faire, lingénieur/lingénieure-stagiaire devra appliquer des méthodes danalyse classiques ou plus sophistiquées suivant les étapes :
Implémenter les méthodes choisies en python
Extraire des grandeurs comme les constantes de temps et amplitudes à partir des données de calibration existantes
Analyser les corrélations entre la persistance et les données environnementales
Faire la même étude sur un détecteur de technologie différente et comparer les résultats
Connaissances requises<\b>
Base solide en programmation en langage python
Bonnes connaissances en traitement du signal
Bonnes connaissances en physique du semi-conducteur
Le stage de 6 mois sera conventionné et rémunéré. Il pourra être poursuivi en thèse avec un financement CNES (demande en cours).
Contact :<\b> CV + lettre de motivation à
Aurélia Secroun, Ingénieure Chercheure
Tel : 04 91 82 72 15 mail : secroun@cppm.in2p3.fr
William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Encadrant :
Gillard William - gillard@cppm.in2p3.fr
Sujet :
Le 1er juillet 2023, le satellite Euclid a été lancé avec succès à bord d'une fusée SpaceX Falcon 9 depuis Cap Canaveral et est désormais pleinement opérationnel sur orbite de halo autour du deuxième point de Lagrange du système Soleil-Terre. Au cours des six prochaines années, Euclid mènera relevé représentant 1/3 du ciel, recueillant des données inestimables pour étudier la distribution spatiale de la matière noire et lumineuse, tout apportant des éléments de réponses sur les origines de laccélération de l'expansion de lUnivers.
Au cours des six premiers mois, des champs spécifiques ont été observés pour leur importance scientifique et pour évaluer les performances d'Euclid. Ces observations, appelées Early Release Observations (ERO), incluent des données d'imagerie spectroscopique sans fente. Ce stage se concentrera sur lanalyse des données spectroscopiques sans fente du cluster de Persée issues des donnée ERO, avec pour objectif d'extraire des spectres de cibles d'intérêts, de confirmer leur redshift afin de déterminer si elles sont gravitationnellement liées à l'amas de Persée.
Le stage nécessitera le développement et la mise en uvre de techniques de traitement dimages adaptées à la spectroscopie sans fente. Plus précisément, les tâches comprendront :
1- Identification et localisation des cibles : Actuellement, cette tâche est effectuée manuellement, en identifiant les sources dintérêt à lil nu sur les image. La première étape du stage consistera donc à adapter des algorithmes pour effectuer une calibration astrométrique des images de spectroscopie sans fente de manière autonome. Cette calibration permettra par la suite de localiser les objets d'intérêt sur les images en fonction de leurs coordonnées astrométriques, accélérant ainsi lidentification de leurs spectrogrammes.
2- Extraction automatisée des spectres : Une fois les cibles localisées, la tâche suivante consistera à adapter les scripts existants, utilisés pour extraire manuellement les spectrogrammes, en une chaîne de traitement autonome.
3- Décontamination et réduction du bruit : Une étape importante sera d'améliorer la chaîne d'extraction et de décontamination, qui souffre actuellement d'aliasing introduit par le binning des pixels des spectrogrammes 2D.
4- Confirmation du redshift : En utilisant les spectres nettoyés, vous travaillerez ensuite à la confirmation des redshifts des cibles en identifiant des caractéristiques spectrales clés telles que les raies démission ou dabsorption. Cette étape est essentielle pour déterminer si ces galaxies ou objets font partie de lamas de Persée ou s'ils se situent en dehors de celui-ci. Comprendre les conditions physiques de ces objets à travers leur redshift permettra également une interprétation astrophysique plus approfondie.
En résumé, ce stage offrira une expérience complète en traitement de données astronomiques, se concentrant sur lextraction autonome de spectres, la confirmation des redshifts, et lanalyse avancée des images, tout en contribuant aux objectifs scientifiques initiaux de la mission Euclid.
