Présentation

L’équipe Cosmologie se concentre sur des domaines d’études qui vont des premières fluctuations de l’univers jusqu’à sa structuration à grande échelle récente. Nous étudions comment se forment et se structurent les différents éléments de la toile cosmique tant par une approche observationnelle que par la modélisation. 

 

« Comprendre l’évolution de l’Univers, depuis le Big Bang jusqu’à aujourd’hui, en analysant les observations actuelles (satellites, télescopes) et en modélisant les processus physiques qui ont façonné sa structure. »

Laura Salvati, Co-responsable de l'équipe Cosmologie

Nous abordons deux des grands thèmes de la discipline : les lois physiques qui gouvernent l’Univers, et la formation et l’évolution de l’Univers. Les activités de l’équipe Cosmologie s’articulent donc autour d’un continuum de problèmes physiques liés à la structuration de la matière depuis le Fond Diffus Cosmologique (FDC) jusqu’aux galaxies. Elles font appel à des approches observationnelles, de modélisation, de simulation et théoriques.

Un effort tout particulier est mené pour le développement d’outils de traitement et d’analyse des données, ainsi que pour la diffusion de produits et de logiciels de référence pour la communauté. Nous menons en parallèle des activités pluridisciplinaires de R&D dans le domaine des bolomètres, notamment les matrices de bolomètres pour les futurs projets.

Nos développements instrumentaux s’inscrivent dans le contexte programmatique spatial et sol de la discipline. Nous avons été PI de Planck/HFI. Nous avons eu et avons des engagements sur des contributions instrumentales ou au segment sol sur ISO, XMM-Newton, EUCLID (mission M2 ESA), PRONAOS (ballon CNES), NIKA (instrument sur télescope IRAM 30m), ATHENA (mission L2 ESA). Nous participons au développement de LiteBIRD (JAXA) en tant que futur satellite du FDC, et nous dirigeons le projet de ballon BISOU (CNES) en tant que précurseur pour les futures expériences de distorsions spectrales.

L'équipe

Thèmes scientifiques

L’équipe Cosmologie rassemble des experts de cosmologie observationnelle et théorique qui cherchent à comprendre la formation des grandes structures cosmiques et leur évolution. Ses membres maîtrisent les techniques d’observation et de modélisation du Fond Diffus Cosmologique (FDC), du Fond Diffus Infrarouge (FDI), de la structuration de la matière aux grandes échelles, des galaxies à grand décalage spectral (redshift), des amas de galaxies et des proto-amas. Le groupe est fortement impliqué dans les programmes scientifiques de Planck, Herschel, Euclid, Athena, ainsi que dans les Large Programmes de l’ESO (Observatoire Européen Austral). Il contribue également à la préparation scientifique du SKA, au programme Epoch of Reionization de LOFAR ainsi qu’à diverses propositions observationnelles individuelles au sol et depuis l’espace.

Thèmes de recherche principaux :

Histoire de la formation stellaire à travers les époques cosmiques par les observations du FDI, des points froids du FDI (proto-amas) et des sources résolues du FDI, modélisation (modèle de halo) de l’émission du FDI, évolution des galaxies infrarouges par des approches analytiques et semi-analytiques.

Cosmologie des grandes structures cosmiques par la détection, l’observation et l’interprétation des amas de galaxies (vus par l’effet Sunyaev-Zel’dovich), analyses statistiques (technique de l’empilement, comptages, spectres de puissance).

Modélisation de la réionisation et analyses croisées des données (dont les corrélations croisées avec le FDC polarisé ou non), modélisation des processus de magnétogenèse au cours de la réionisation.

Structuration de la matière à grande échelle par les observations multi-longueurs d’onde des galaxies, des proto-amas et des amas de galaxies et leur interprétation.

Mesure des paramètres cosmologiques par l’analyse du FDC et des grandes structures cosmiques, contraintes sur l’énergie sombre par la modélisation et la détection de l’effet Sachs-Wofle intégré, recherche et modélisation de non-gaussianités, corrélations croisées du FDC avec les traceurs de la distribution de matière à grande échelle (relevés de galaxies, observations SZ et en rayons X, FDI, …)

Moyens techniques

Notre groupe d’instrumentation FANTAS-IAS (FAr-iNfrared To radio AstrophysicS InstrumentAtion for Space) a pour but de supporter les développements techniques des équipes Cosmologie  et AMIS  au sein de l’IAS. Nos activités portent à la fois sur des phases de R&D (Recherche et Développement), sur l’étalonnage d’instruments pour l’astrophysique, mais aussi sur des contributions instrumentales à plusieurs projets, ainsi que sur la conception de nouveaux instruments dans le domaine THz – Radio.

Recherche, Développement et caractérisation

Cryogénie sub-K

Nous avons mis en place à la fois des moyens de tests cryogénique mais travaillons aussi des recherches en cryogénie. Nous effectuons des mesures de propriétés physiques de matériaux aux très basses températures et développons un Engineering Model (EM) d’un CCDR (Closed Cycle Dilution Refrigerator), évolution du système sub-K en cycle ouvert utilisé pour la mission Planck-HFI.

Optique – Radio Fréquence

Fort de l’expérience acquise lors du développement de l’optique de plusieurs projets précédents, nous continuons à étudier de nouveaux systèmes optiques dans le domaine radio – submillimétrique pour les nouveaux projets tel que LiteBIRD et BISOU.

Caractérisation de détecteurs sub-K

Notre système cryogénique DRACuLA (Detector irRAdiation Cryogenic faciLity for Astrophysics) permet d’étudier les effets des rayons cosmiques sur les détecteurs hyper sensibles fonctionnant à très basse température. Pour cela nous pouvons irradier des détecteurs et plan focaux (jusqu’à 20mK typiquement) en couplant ce moyen de mesure avec un accélérateur de particules.

Contributions aux nouveaux projets

Nos instrumentalistes travaillent essentiellement sur deux nouveaux projets en phase d’étude.

LiteBIRD

Cette mission dirigée par la JAXA aura pour but d’effectuer la mesure de la polarisation du fond diffus cosmologique avec une sensibilité bien plus grande que ce que la mission spatiale Planck a pu faire. Trois instruments seront à bord de cette mission : LFT (Low Frequency Telescope) et MHFT (Medium and High Frequency Telescope). Les travaux sur MHFT, sous responsabilité européenne, sont coordonnés par le CNES. L’IAS travaille à plusieurs contributions :

  • Conception (et développement quand la mission sera acceptée) d’un des plans focaux de MHFT
  • Coordination de la caractérisation RF de l’optique de MHFT
  • Coordination des études de l’impact des rayons cosmiques sur MHFT

BISOU

L’IAS ayant aussi largement participé au succès de deux projets ballons dans le passé (PRONAOS et PILOT), notre équipe dirige maintenant une collaboration internationale au travers d’une phase 0 d’étude (CNES), afin de développer un précurseur pour détecter les distorsions spectrales du corps noir cosmologique à partir d’un ballon stratosphérique.

Contact : Bruno Maffei

Traitement des données

L’équipe Cosmologie est fortement impliquée dans le Centre Intégré de Données et d’Opérations (IDOC). Depuis sa création, elle développe et maintient une expertise dans les chaînes de traitement de haut niveau sur des données provenant de missions spatiales à grandes longueurs d’onde.

Nous avons développé, avec le groupe « problèmes inverses » du L2S, des méthodes de super-résolution non supervisées (SUPREME) pour obtenir une résolution deux à trois fois meilleure sur les images et cartes spectrales de Herschel/SPIRE. Nous avons adapté la méthode de maximum de vraisemblance SANEPIC aux données de SPIRE et PACS. Ces pipelines et les données, retraitées de façon systématique et homogène, sont diffusés par IDOC via la base HESIOD, premier fournisseur de données photométriques Herschel dans l’Observatoire Virtuel.

Dans IDOC, nous avons également développé un portail thématique « Amas SZ » servant d’interface pour la validation et la diffusion interne des catalogues Planck, ainsi que de support à la diffusion publique des catalogues d’amas SZ de Planck et des télescopes ACT et SPT. Ce portail regroupe de façon homogène des données complémentaires ou à valeur ajoutée. Nous travaillons à étendre ce service sur la caractérisation des amas de galaxies observés dans plusieurs longueurs d’onde (MAGYC), notamment en optique (collaboration avec l’OCA, Nice).

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