Retour des baryons et analyse du lentillage faible

Dans l'univers, tout ce qu'on voit n'est pas juste constitué de matière normale, celle qu'on croise au quotidien. En fait, il y a une grande quantité de matière invisible, connue sous le nom de matière noire, qui joue un rôle crucial dans la formation et le comportement des galaxies et des amas de galaxies. Il y a aussi des processus, principalement dus à l'interaction du gaz autour des galaxies, appelés processus de rétroaction baryonique. Ces processus peuvent affecter l'évolution des structures dans l'univers et influencer les mesures qu'on fait en observant le cosmos.

La lentille faible est une méthode utilisée en astronomie pour étudier comment la lumière des galaxies lointaines se courbe autour de structures massives, comme les amas de galaxies. En analysant cette courbure, on peut en apprendre plus sur la distribution de la matière, visible et noire. Cependant, pour obtenir des mesures précises de cette distribution, les scientifiques doivent modéliser soigneusement l'impact de la rétroaction baryonique. Cette tâche s'avère compliquée car diverses simulations donnent des prédictions différentes sur la façon dont les processus baryoniques affectent la distribution de la matière, particulièrement à petite échelle.

Dans cette étude, on se concentre sur la manière dont la rétroaction baryonique influence les mesures obtenues à partir des relevés de lentilles faibles. On utilise des données du Dark Energy Survey (DES), qui a recueilli d'énormes quantités d'infos sur la forme des galaxies dans le ciel austral, ainsi que des données de l'Atacama Cosmology Telescope (ACT), qui mesure le rayonnement cosmique de fond et le mouvement du gaz dans les amas de galaxies.

#Le défi de la rétroaction baryonique

Les baryons, ou matière normale, incluent principalement le gaz et les étoiles. La rétroaction de cette matière, particulièrement des processus comme les explosions de supernova et l'énergie libérée par des trous noirs supermassifs, peut redistribuer le gaz dans les galaxies et changer la façon dont la masse est perçue dans ces structures. Les Simulations hydrodynamiques, qui modélisent le comportement du gaz et ses interactions, prédisent des résultats différents concernant la manière dont les effets baryoniques changent la distribution totale de la matière.

Cette variation pose un défi. Si les prédictions diffèrent, alors les Paramètres cosmologiques qu’on dérive des observations peuvent changer de manière significative. Une compréhension cohérente de la façon dont les baryons interagissent est essentielle pour tirer des conclusions fiables sur la composition de l'univers et son évolution.

#Objectifs de l'étude

Ce travail vise à atteindre deux objectifs principaux :

1. Tester différents modèles qui prennent en compte les effets baryoniques dans l'analyse des lentilles faibles et évaluer leur impact sur l'estimation des paramètres cosmologiques.
2. Réaliser une analyse conjointe combinant les données de lentilles faibles avec les observations de l'effet Sunyaev-Zel'dovich cinétique (kSZ), qui découle de la diffusion du rayonnement cosmique de fond par le gaz chaud dans les amas de galaxies.

#Lentille faible et relevés cosmologiques

La lentille faible fournit un moyen puissant d'examiner la structure de l'univers. Grâce à cette technique, les astronomes peuvent estimer combien de matière, visible et non visible, est présente dans diverses structures. Les données du Dark Energy Survey offrent une richesse d'informations, nous permettant d'évaluer la forme de plus de 100 millions de galaxies sur une vaste zone du ciel austral.

Le télescope de cosmologie d'Atacama ajoute une couche de données supplémentaire en mesurant l'effet kSZ, qui est sensible au mouvement du gaz dans les amas de galaxies. Cette sonde permet aux scientifiques de mesurer la distribution du gaz d'une manière qui complète ce qui est capturé par la lentille faible.

#Modèle de baryonification

Pour analyser l'impact de la rétroaction baryonique avec précision, on introduit un modèle flexible appelé baryonification. Ce modèle ajuste les résultats des simulations basées uniquement sur la gravité pour refléter comment la matière baryonique se réorganiserait en raison des processus de rétroaction. Le modèle de baryonification peut accueillir plusieurs scénarios sur la façon dont la matière baryonique affecte la structure de l'univers.

En appliquant ce modèle, on vise à obtenir des estimations améliorées des paramètres cosmologiques et de la suppression du spectre de puissance de matière non linéaire. Cette suppression reflète comment les processus baryoniques ont modifié la distribution de la matière à petite échelle par rapport à un univers composé uniquement de matière noire.

#Analyse de l'impact de la rétroaction baryonique

Pour évaluer divers modèles baryoniques, on analyse les données de lentilles faibles du Dark Energy Survey et les mesures kSZ du télescope de cosmologie d'Atacama. On compare systématiquement les résultats obtenus à partir de différentes approches pour tenir compte des effets baryoniques, en se concentrant spécifiquement sur la façon dont ces modèles affectent les valeurs estimées des paramètres cosmologiques.

On se concentre sur quatre méthodes principales :

1. L'approche de coupure d'échelle, qui rejette les mesures à de petites échelles angulaires où les effets baryoniques sont censés être significatifs.
2. Un modèle de halo qui relie la structure à grande échelle aux propriétés des haloes individuels, calibré à l'aide de simulations hydrodynamiques.
3. Un émulateur basé sur une suite de simulations hydrodynamiques qui permet une modélisation flexible des effets baryoniques.
4. Le modèle de baryonification qui ajuste directement les résultats des simulations basées uniquement sur la gravité pour tenir compte de la matière baryonique.

#Résultats de l'analyse

D'après l'analyse des données de lentilles faibles, il devient clair que différents choix de modélisation peuvent donner des résultats différents concernant les paramètres cosmologiques. Les contraintes obtenues lors de l'application de l'approche de coupure d'échelle montrent que des techniques aussi restrictives peuvent sous-estimer l'impact de la rétroaction baryonique sur la cosmologie mesurée.

Le modèle de halo et l'émulateur donnent des résultats comparables, montrant que bien qu'il y ait une flexibilité significative dans ces approches, elles dépendent fortement des hypothèses sous-jacentes et de la calibration par rapport aux simulations. Le modèle de baryonification se distingue par sa capacité à ajuster la rétroaction de manière à la fois flexible et indépendante des scénarios de simulation spécifiques.

#Analyse conjointe des données de lentilles faibles et de kSZ

L'analyse conjointe des données de lentilles faibles et de kSZ fournit un cadre encore plus robuste pour comprendre la rétroaction baryonique. En recoupant les mesures de ces deux ensembles de données distincts, on peut affiner nos estimations de la façon dont les processus baryoniques altèrent la distribution de la matière dans l'univers.

L'effet kSZ est particulièrement utile car il fournit une mesure directe de la densité de gaz dans les périphéries des amas de galaxies, où la rétroaction baryonique joue souvent un rôle critique. Cette approche conjointe permet de resserrer les contraintes sur des paramètres clés dans les modèles de lentilles faibles et de rétroaction baryonique.

#Résultats de l'analyse conjointe

Les résultats de notre analyse conjointe révèlent qu'incorporer les mesures kSZ améliore considérablement notre capacité à contraindre les paramètres cosmologiques. On observe que l'incertitude sur la suppression du spectre de puissance de matière est réduite, déplaçant les valeurs obtenues vers un scénario de rétroaction plus extrême.

Cela suggère que notre compréhension des processus baryoniques influençant la distribution de la masse doit tenir compte des effets observés de la dynamique du gaz dans les amas, nous conduisant vers une vue plus complète de l'interaction entre les baryons et la matière noire.

#Conclusion

Notre travail souligne l'importance de modéliser avec précision la rétroaction baryonique pour obtenir des aperçus cosmologiques fiables à partir des relevés de lentilles faibles. En combinant les données du Dark Energy Survey et du télescope de cosmologie d'Atacama, on démontre qu'une analyse conjointe peut améliorer de manière significative notre compréhension des processus baryoniques.

Les résultats indiquent un besoin d'exploration supplémentaire des dynamiques du gaz autour des galaxies et de la manière dont elles interagissent avec la matière noire. Les divergences entre les résultats des lentilles faibles et des observations en rayons X suggèrent que notre compréhension de ces processus n'est pas encore complète.

Les recherches futures, en particulier avec les prochains relevés astronomiques, continueront à affiner notre compréhension de la manière dont la matière baryonique et noire interagissent. Aborder ces relations complexes sera crucial pour développer un modèle plus précis de la structure et de l'évolution de l'univers.

#Directions futures

Alors qu'on avance, l'intégration de nouveaux ensembles de données et de modèles améliorés jouera un rôle significatif dans la résolution des défis posés par la rétroaction baryonique. Les idées tirées de la combinaison des données de lentilles faibles et de kSZ peuvent éclairer les études futures, surtout avec les avancées technologiques et l'arrivée d'instruments plus sensibles.

La quête continue pour comprendre la composition de l'univers conduira probablement à de nouvelles découvertes et à une compréhension plus profonde des forces fondamentales à l'œuvre. En continuant à tester et à affiner nos modèles, les scientifiques peuvent travailler à peindre un tableau plus clair de notre cosmos.

#Remerciements

On remercie diverses institutions et individus qui ont contribué à cet effort de recherche. La collaboration a bénéficié des idées et de l'expertise réunies par des équipes diversifiées, rendant possible d'aborder efficacement des problèmes complexes en cosmologie.