Les amas de galaxies comme sonde de l'évolution de l'univers. // galaxy clusters as tracers of cosmic evolution

Topic description

D'ici quelques semaines, le télescope Simonyi Survey, installé à l'observatoire Vera C. Rubin au Chili, entamera le relevé LSST (Legacy Survey of Space and Time), après plus de deux décennies de développement. Cet instrument photographiera l'ensemble du ciel austral observable en seulement trois jours et répétera ce balayage pendant dix ans. Ce projet permettra de constituer un catalogue sans précédent, comprenant environ 20 milliards de galaxies et amas de galaxies, réduisant fortement les incertitudes statistiques des mesures cosmologiques.
Les amas de galaxies, plus grandes structures gravitationnellement liées de l'Univers, constituent une sonde privilégiée pour contraindre les paramètres cosmologiques. Leur abondance et leur masse dépendent fortement du modèle cosmologique, et ils fournissent une information complémentaire à celle d'autres sondes comme les supernovae. En combinaison avec d'autres relevés tels que DESI et Euclid, LSST marque l'entrée dans une ère où les incertitudes systématiques deviennent prépondérantes, pouvant engendrer des tensions entre mesures si elles sont mal maîtrisées. De telles tensions sont déjà observées, notamment sur la constante de Hubble ou l'énergie noire.
Cependant, les amas restent difficiles à caractériser. Leur analyse repose sur des hypothèses simplificatrices (sphéricité, relations masse-richesse, fonctions d'abondance universelles, modélisation du lentillage gravitationnel) qui étaient adaptées à un régime dominé par les erreurs statistiques, mais qui doivent désormais être réévaluées. L'augmentation du volume de données et les exigences accrues en précision rendent indispensable une modernisation des méthodes d'analyse.
Cette thèse vise à établir un bilan des incertitudes systématiques affectant l'étude des amas de galaxies, puis à les intégrer dans la chaîne d'analyse de la collaboration DESC (Dark Energy Science Collaboration). Elle se situera à l'interface entre modélisation théorique (abondance des amas, évolution cosmologique, signal de lentillage faible), analyse de données (prise en compte et propagation des incertitudes, construction des fonctions de vraisemblance) et compréhension instrumentale (détection, biais observationnels, caractérisation de la PSF).
Ce travail s'appuiera sur l'expertise de l'équipe LSST du LAPP et sur son rôle central dans la collaboration DESC. Le ou la doctorante contribuera directement à la chaîne d'analyse officielle des amas, bénéficiant ainsi d'un environnement collaboratif structurant et d'une forte visibilité scientifique.
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In the coming weeks, the Simonyi Survey Telescope, located at the Vera C. Rubin Observatory in Chile, will begin the LSST (Legacy Survey of Space and Time) after more than two decades of development. This instrument will image the entire observable southern sky in just three days and repeat this scan over ten years. This project will produce an unprecedented catalog of about 20 billion galaxies and, galaxy clusters, significantly reducing statistical uncertainties in cosmological measurements.
Galaxy clusters, the largest gravitationally bound structures in the Universe, are powerful probes for constraining cosmological parameters. Their abundance and mass strongly depend on the cosmological model, and they provide complementary information to other probes such as supernovae. Together with surveys like DESI and Euclid, LSST marks the transition to an era where systematic uncertainties become dominant and may generate tensions between measurements if not properly controlled. Such tensions are already observed, notably in measurements of the Hubble constant and dark energy.
However, galaxy clusters remain difficult to characterize. Their analysis relies on simplifying assumptions (sphericity, mass–richness relations, universal mass functions, and weak gravitational lensing modeling) that were adequate in a statistics-dominated regime but must now be reassessed. The growing data volume and increasing precision requirements make it essential to modernize analysis methods.
This PhD project aims to provide a comprehensive assessment of the systematic uncertainties affecting galaxy cluster studies and to incorporate them into the analysis pipeline of the DESC (Dark Energy Science Collaboration). It will lie at the interface between theoretical modeling (cluster abundance, cosmological evolution, weak lensing signal), data analysis (uncertainty propagation, likelihood construction), and instrumental understanding (detection, observational biases, PSF characterization).
This work will build on the expertise of the LSST team at LAPP and its central role within DESC. The PhD candidate will directly contribute to the official cluster analysis pipeline, benefiting from a highly collaborative environment and strong scientific visibility.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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