Study of the diverse components of the polarized sky in preparation to the observation of the Cosmic Microwave Background wih the Planck satellite
Etude des différentes composantes de la polarisation du ciel en vue de l'observation du Fond Diffus Cosmologique avec le satellite Planck
Résumé
This thesis is dedicated to the measurement of the Cosmic Microwave Background (CMB) anisotropies and to the characterization of its Galactic foregrounds. This work has been done in the framework of the Planck satellite data analysis preparation.
First, a general introduction to cosmology and to CMB is presented. An overview of the current cosmological measurements is given and the Archeops, WMAP and Planck experiments are introduced.
Part two is devoted to the effect of a primordial magnetic field on CMB polarization. We derive the angular power spectra of this effect and give a superior limit on the nowadays intensity of this field using the WMAP data.
In a third part, we present the analysis we have performed using the Archeops data. First, we show the Gaussian nature of the temperature data measured at 143 GHz, constraining the non-linear coupling factor and systematic residuals and then, using the polarized data from the 353 GHz channel, we show the first measurement of the polarized diffuse emission of dust at large angular scales.
In a fourth part, we present an original component separation method allowing to extract the various physical contributions from multi-frequency observations, in both temperature and polarization. Performances of the method are intensively tested using Planck sky simulations.
Finally, we focus on the modelization of the polarized Galactic emissions of synchrotron and dust and we compare our simulations of these emissions to the Archeops and WMAP polarized data.
First, a general introduction to cosmology and to CMB is presented. An overview of the current cosmological measurements is given and the Archeops, WMAP and Planck experiments are introduced.
Part two is devoted to the effect of a primordial magnetic field on CMB polarization. We derive the angular power spectra of this effect and give a superior limit on the nowadays intensity of this field using the WMAP data.
In a third part, we present the analysis we have performed using the Archeops data. First, we show the Gaussian nature of the temperature data measured at 143 GHz, constraining the non-linear coupling factor and systematic residuals and then, using the polarized data from the 353 GHz channel, we show the first measurement of the polarized diffuse emission of dust at large angular scales.
In a fourth part, we present an original component separation method allowing to extract the various physical contributions from multi-frequency observations, in both temperature and polarization. Performances of the method are intensively tested using Planck sky simulations.
Finally, we focus on the modelization of the polarized Galactic emissions of synchrotron and dust and we compare our simulations of these emissions to the Archeops and WMAP polarized data.
Cette thèse est dédiée à la mesure des anisotropies du Fond Diffus Cosmologique (CMB) ainsi qu'à la caractérisation des émissions d'avant-plan. Les travaux que nous avons entrepris s'inscrivent dans le cadre de la préparation à l'analyse et à l'exploitation des données du satellite Planck.
L'exposé débute par une introduction à la cosmologie et au CMB. Un état des lieux des mesures cosmologiques est dressé et les expériences Archeops, WMAP et Planck sont présentées.
Une deuxième partie est consacrée à l'effet d'un champ magnétique primordial sur la polarisation du CMB. Nous y dérivons les spectres de puissance angulaire de cet effet et nous donnons une limite supérieure sur l'intensité actuelle de ce champ à l'aide des données de WMAP.
Dans une troisième partie, nous présentons les analyses effectuées à partir des mesures de l'expérience Archeops. D'une part, nous montrons le caractère gaussien des données en température à 143 GHz, contraignant ainsi le paramètre de couplage non linéaire et les résidus systématiques et d'autre part, à l'aide des données à 353 GHz, nous montrons la première mesure de l'émission diffuse polarisée de la poussière galactique à grande échelle.
Une quatrième partie présente une méthode de séparation de composantes permettant d'extraire les différentes contributions physiques à partir d'observations multifréquences, en température et en polarisation. Nous caractérisons ses performances sur des simulations du ciel vu par Planck.
Enfin, dans une dernière partie, nous nous attachons à modéliser les émissions galactiques polarisées du synchrotron et de la poussière et nous comparons ces émissions simulées aux données des expériences Archeops et WMAP.
L'exposé débute par une introduction à la cosmologie et au CMB. Un état des lieux des mesures cosmologiques est dressé et les expériences Archeops, WMAP et Planck sont présentées.
Une deuxième partie est consacrée à l'effet d'un champ magnétique primordial sur la polarisation du CMB. Nous y dérivons les spectres de puissance angulaire de cet effet et nous donnons une limite supérieure sur l'intensité actuelle de ce champ à l'aide des données de WMAP.
Dans une troisième partie, nous présentons les analyses effectuées à partir des mesures de l'expérience Archeops. D'une part, nous montrons le caractère gaussien des données en température à 143 GHz, contraignant ainsi le paramètre de couplage non linéaire et les résidus systématiques et d'autre part, à l'aide des données à 353 GHz, nous montrons la première mesure de l'émission diffuse polarisée de la poussière galactique à grande échelle.
Une quatrième partie présente une méthode de séparation de composantes permettant d'extraire les différentes contributions physiques à partir d'observations multifréquences, en température et en polarisation. Nous caractérisons ses performances sur des simulations du ciel vu par Planck.
Enfin, dans une dernière partie, nous nous attachons à modéliser les émissions galactiques polarisées du synchrotron et de la poussière et nous comparons ces émissions simulées aux données des expériences Archeops et WMAP.