Dark energy properties from the combination of large-scale structure and weak gravitational lensing in the dark energy survey

Abstract

Aquesta tesi doctoral es centra en l’extracció d’informació cosmològica utilitzant cartografiats de galàxies fotomètrics, en particular el Dark Energy Survey (DES), tot minimitzant l’impacte dels efectes sistemàtics predominants. La tesi inclou treball tant en les fases inicials com finals de l’anàlisi de dades de DES, des del càlcul de desplaçaments cap al vermell (redshifts) fotomètrics i tests als possibles efectes sistemàtics en la mesura de formes de galàxies, a l’estimació de paràmetres cosmològics utilitzant la combinació d’informació d’estructura a gran escala i lents gravitacionals febles.

A la tesi es presenta la primera demostració de la fiabilitat dels redshifts fotomètrics obtinguts amb la càmera de DES, utilitzant un conjunt nombrós d’algoritmes i dades del període de validació de la ciència de DES (Science Verification, SV) conjuntament amb dades de cartografiats espectroscòpics com ara VVDS, zCOSMOS i ACES. En aquesta part presentem una àmplia comparació de mètodes de càlcul de redshifts fotomètrics utilitzant dades reals de DES.

Respecte a lents gravitacionals febles, a la tesi es caracteritza la senyal al voltant de galàxies per una varietat de mostres, incloent testatge exhaustiu d’efectes sistemàtics i l'estudi del biaix de galàxies, el qual descriu com les galàxies poblen halos de matèria fosca. A part de l'ús de galàxies com a lents, també s’estudia la senyal de lent gravitacional produïda per buits còsmics, per primer cop en un cartografiat fotomètric, utilitzant un nou algoritme per trobar buits que s’ha dissenyat en aquesta tesi concretament per tals conjunts de dades, i que s’ha aplicat aplicar també a l'estudi de l’efecte anomenat Sachs-Wolfe.

Com a peça central de la tesi, es presenten les mesures de correlacions angulars de galàxies i de lents gravitacionals febles al voltant de galàxies vermelles lluminoses en el conjunt de dades DES-SV i es combinen per produir el primer anàlisi cosmològic de la combinació d’estructura a gran escala i lents gravitacionals a DES. Els resultats no són competitius amb els del satèl·lit Planck (DES-SV comprèn només aproximadament 3% de la mostra de dades final de DES) però és consistent amb anàlisis independents amb les mateixes dades i estableix un marc en el modelat i tractament d'errors sistemàtics per combinacions futures de mesures a DES i a la generació pròxima de cartografiats de de galàxies com LSST, WFIRST i Euclid.

This PhD thesis is focused on extracting cosmological information from photometric galaxy surveys, in particular the Dark Energy Survey, while minimizing the impact of dominant systematic errors. The thesis includes work on both the first and last stages of survey data analysis, from photometric redshifts (photo-z’s) and shear systematics testing to cosmological parameter estimation using large-scale structure (LSS) and weak gravitational lensing (WL).

I performed the first assessment of the photo-z capabilities of the DES Camera by using an extensive set of photo-z algorithms, and data from the DES Science Verification (SV) period matched to spectroscopic data from surveys like VVDS, zCOSMOS and ACES. That part provides a thorough comparison between training and template-based photo-z methods using real data.

On WL, I characterized the galaxy-galaxy lensing signal for a variety of galaxy samples, including exhaustive systematics testing and the study of the galaxy bias, which describes the way galaxies populate dark matter halos. Beyond the usage of galaxies as lenses, I also studied the lensing signal produced by cosmic voids, for the first time in a photometric survey, using a new void finder I designed specifically for such data sets, and which has been applied as well to the study of the Integrated Sachs-Wolfe effect.

As a major piece of work in the thesis, I measured the angular galaxy clustering and galaxy-galaxy lensing of luminous red galaxies in the DES-SV sample and combined them to conduct the first cosmological analysis from the combination of LSS and WL probes in DES. The results are not competitive with those from Planck (DES-SV comprises only about 3% of the final DES data sample) but show consistency with the DES cosmic shear analysis and establish a benchmark in the modeling and treatment of systematic errors for future combinations of probes in DES and the next generation of galaxy surveys like LSST, WFIRST and Euclid.