Thèse Mesure du Dipôle Cinématique avec le Relevé Lsst de Vera Rubin Observatory H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation Laboratoire de recherche : DRF-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) Direction de la thèse : Réza ANSARI ORCID 0000000292690824 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Les cartes du fond diffus cosmologique (CMB) sont dominées par une anisotropie dipolaire, avec une amplitude de quelques millièmes de kelvin, qui est interprétée comme le mouvement de l'observateur (système solaire) par rapport au référentiel cosmologique. Une anisotropie dipolaire similaire devrait être observée dans la distribution de la densité en nombre des sources à des distances cosmologiques, telles que les galaxies lointaines et les quasars. Cette anisotropie résulte de l'aberration relativiste (décalage de la position angulaire) et de l'effet Doppler. Cette effet comme test du principe cosmologique est connu sous le nom de test d'Ellis et Baldwin (E&B).

Depuis près de deux décennies, l'analyse de la distribution d'objets lointains tels que les sources radio ou les quasars a donné des résultats en désaccord avec le dipôle du CMB. Bien que la direction du mouvement du système solaire à partir de ces analyses soit en général compatible avec celle du dipôle du CMB, la magnitude de la vitesse correspondante est jusqu'à deux fois supérieure à celle du fond diffus cosmologique. Si l'existence de tels écarts était confirmé, elle constituerait un problème majeur pour le modèle standard de la cosmologie, et en particulier le principe cosmologique qui postule que l'univers est statistiquement homogène et isotrope à grande échelle.

L'avènement de grands relevés cosmologiques tels que le LSST avec l'observatoire Vera Rubin et la mission spatiale Euclid ouvrira l'ère des tests E&B de haute précision, étendus à une mesure tomographique (dépendante du redshift) du dipôle cinématique.

Le sujet de thèse proposé a pour objectif de préparer les outils d'analyse permettant l'extraction du dipôle cinématique à partir des observations du relevé LSST. La stratégie du relevé 'Wide-Fast-Deep' de l'Observatoire Rubin réduit considérablement le bruit de Poisson (shot noise) ainsi que les incertitudes systématiques par rapport aux catalogues précédents (tels que WISE ou NVSS). L'analyse vise à déterminer si le dipôle de matière est aligné avec le dipôle du Fond Diffus Cosmologique (CMB), ce qui pourrait fournir une contrainte définitive sur la vitesse du Groupe Local et sur l'isotropie de l'Univers aux grandes échelles. Les résultats attendus permettront soit de résoudre la tension du dipôle qui persiste depuis des années, soit d'ouvrir la voie à une nouvelle physique au-delà du modèle standard CDM.

Ce projet doctoral comprendra plusieurs volets. Il débutera par une étude précise du potentiel de LSST pour la mesure du dipôle qui inclura également la définition d'un ensemble de critères de sélection des l'échantillon de sources. Il se poursuivra par la mise au point des méthodes statistiques avancées de la mesure du dipôle à partir des observations LSST. On s'attachera en particulier à estimer et contrôler divers effets systématiques, tels que les non uniformités du relevé et les variations dues à la calibration photométrique imparfaite ainsi que celles dues aux effets astrophysiques comme l'extinction par la poussière Galactique et celles cosmologiques, dues aux grandes structures. Ces différents développements devront aboutir à une première mesure du dipôle cinématique à partir du comptage des sources de LSST, en utilisant les premiers six mois ou un an du relevé dont les résultats devraient être disponibles mi 2028. Le modèle cosmologique standard repose sur le principe cosmologique, selon lequel l'Univers est homogène et isotrope à grande échelle. Cependant, plusieurs analyses de la répartition des sources lointaines tel que les radiogalaxies ou les quasars ont mis en évidence des écarts significatifs entre le dipôle cinématique extrait de ces analyses et celui mesuré avec le fond diffus cosmologique (CMB).
Ces résultats pourraient remettre en question le principe cosmologique, impliquant la recherche d'alternatives au modèle cosmologique LambdaCDM, si on arrive à exclure les effets systématiques et les biais observationnels comme sources potentielles de ces écarts.
L'arrivée des grands relevés cosmologiques de dernière génération, en particulier LSST avec Vera Rubin Observatory et la mission Euclid de l'agence spatiale européenne (ESA), offre une opportunité sans précédent pour tester de manière robuste l'isotropie de l'Univers. Grâce à leur couverture étendue du ciel, à leur profondeur et à la qualité de leurs données, ces projets permettent d'effectuer des mesures précises et indépendantes du dipôle cosmique, ainsi que des tests croisés essentiels pour comprendre l'origine des écarts actuellement observés. Le test de l'hypothèse d'isotropie de l'Univers à grande échelle constitue le principal objectif de ce projet, qui sera mené en mesurant le dipôle cinématique des sources extragalactiques du relevé LSST et en le comparant à celui extrait des observations du fond diffus cosmologique. On vise en particulier une mesure en utilisant les observations de la première année (ou les premiers six mois) du relevé, dont les catalogues sont attendus pour 2028, en vue de confirmer ou d'infirmer la tension de dipôle qui persiste depuis plusieurs années. Analyse statistique avancée des données LSST en vue de mesurer le dipôle cinématique.
Etude de l'impact des effects systématiques liés à la couverture et à l'uniformité du relevé et de sa calibration sur la mesure du dipôle.
Etude de l'impact des effets astrophysiques (poussière Galactique) et cosmologique (Grandes Structures - LSS) sur la mesure du dipôle
Application aux données issues de la première année du relevé (ou des premiers six mois), dont la disponibilité est prévue pour mi 2028

Master en astrophysique, cosmologie ou physique.
Compétences en analyse de données, simulations et modélisation, méthodes statistiques et programmation scientifique.
Autonomie, rigueur, motivation et bon niveau d'anglais requis.