Cosmology and the galaxy-matter connection using weak gravitational lensing cross-correlations in the Dark Energy Survey

Abstract

En aquesta tesi hem fet servir dades del Dark Energy Survey per estudiar l'evolució i continguts de l'Univers. El Dark Energy Survey (DES) ha construït un mapa de galàxies que cobreix un vuitè del cel, mesurant les posicions i distàncies de centenars de milions de galàxies, amb l'objectiu d'entendre les causes de l'expansió accelerada de l'Univers, fet que ha estat confirmat observacionalment. Entre els mecanismes que podrien causar aquesta expansió accelerada hi ha l'energia del buit associada a una constant cosmològica, una altra forma d'energia fosca, o una modificació de la generalitat general. Amb mapes de galàxies com DES, aspirem a poder distingir entre aquestes possibilitats mesurant el creixement d'estructures i la geometria de l'Univers en funció del temps.

En aquesta tesi utilitzem lents gravitacionals febles per contribuir a aquest objectiu final amb mesures del Dark Energy Survey. El fenomen de lents gravitacionals es produeix quan la llum d'objectes llunyans es desvia a causa de la presència d'una distribució de massa més propera a nosaltres que corba l'espai-temps. En particular, el fenomen de lents gravitacionals febles, que només pot ser mesurat de forma estadística, ha emergit com una de les mesures més potents de la cosmologia, ja que és sensible tant a la geometria de l'Univers com a la història del creixement d'estructures, i és la tècnica principal que s'utilitza en aquesta tesi. Específicament, hem utilitzat correlacions creuades entre una font de llum al fons, ja siguin galàxies llunyanes o el fons còsmic de microones, i les posicions de galàxies en primer pla, que serveixen d'indicadors de les grans estructures de l'Univers que estan produint l'efecte de lent gravitacional. Per una banda, hem fet servir la sensitivitat d'aquestes correlacions creuades a la història del creixement d'estructures i a la geometria de l'Univers per mesurar els paràmetres cosmològics, en combinació amb altres mesures. D'altra banda, ja que aquestes correlacions creuades també són sensibles a la relació entre la matèria bariònica (visible) que forma les galàxies i el subjacent camp gravitacional produït per la matèria (majoritàriament fosca), hem pogut mesurar l'anomenat \textit{galaxy bias}, que encapsula aquesta relació entre galàxies i matèria.

In this thesis we use data from the Dark Energy Survey to study the evolution and contents of the Universe. The Dark Energy Survey (DES) has built a map of galaxies covering one eighth of the southern sky, measuring the positions and distances to hundreds of millions of galaxies, with the main goal to shed light on the reasons behind the observationally-confirmed accelerated expansion of the Universe. The mechanisms that could drive this accelerated expansion include some vacuum energy associated with the cosmological constant, another form of dark energy, or a modification of General Relativity. With galaxy surveys such as DES we aim to distinguish between these possibilities by probing the growth of structure and geometry of the Universe as a function of time.

In this thesis we use weak gravitational lensing measurements from the Dark Energy Survey to contribute to this final goal. Gravitational lensing is produced when light from background objects is deflected due to some foreground mass distribution that curves the space-time canvas. In particular, weak gravitational lensing, which can only be measured in a statistical manner, has emerged as one of the most powerful probes of cosmology, being sensitive to both the geometry of the Universe and the history of structure growth, and is the main technique used in this thesis. Specifically, we have used cross-correlations between a background source of light, such as distant galaxies or the Cosmic Microwave Background (CMB), and galaxy positions in the foreground, tracing the Large-Scale Structure producing the lensing. On one hand, we have used these weak lensing cross-correlations sensitivity to the history of growth of structure and to the geometry of the Universe, to constrain cosmological parameters in combination with other probes. On the other hand, since lensing cross-correlations are also sensitive to the relation between the baryonic (visible) matter forming galaxies and the underlying (mostly dark) matter field, we have been able to measure the so-called galaxy bias, which encapsulates this relation between galaxies and matter.