Matter in the largest structures of the Universe : from galaxies to filaments, observations and data analysis

La matière dans les plus grandes structures de l’Univers : des galaxies aux filaments, observations et analyse de données L'étude de l'évolution et de la composition des grandes structures de l'Univers, comme les amas de galaxies et les filaments cosmiques, est l'un des sujets de recherche les plus actifs en cosmologie. Au cours de ma thèse, j'ai analysé des relevés publiques multi-longueurs d'onde (SDSS, WISE, Planck), en utilisant des techniques d'analyse de données nouvelles comme l'apprentissage automatique ou les méthodes bayésiennes. Le but de mon travail était d'étudier la matière baryonique (gaz ionisé et chaud et galaxies) dans le milieu intra-amas, et dans la toile cosmique (ponts de matière et filaments cosmiques).Au cours de ma thèse, j'ai notamment développé un algorithme basé sur l'intelligence artificielle afin d'estimer les propriétés des galaxies, telles que le taux de formation des étoiles (SFR) et la masse stellaire dans la plage de redshift 0,05<z<0,3, directement applicable aux données infrarouge WISE. La détermination de ces deux propriétés pour de grands volumes de ciel permet de classer un grand nombre de galaxies en fonction de leurs types (actives, en transition, passives), une étape clé pour étudier l'effet de l'environnement sur l'évolution des galaxies.En combinant ces propriétés avec les informations sur le gaz chaud et ionisé observé via l'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ), j'ai étudié la paire d'amas de galaxies A399-A401 reliée par un pont de matière de ~3Mpc de long, détecté de manière significative sur la carte de Planck. J'ai caractérisé le gaz et les galaxies dans ce système double exceptionnel, qui est un cas unique de filament cosmique chauffé par la collision des deux amas.En estimant le SFR et la masse stellaire du catalogue WISExSCOS (~15 millions de sources dans la gamme 0.1<z<0.3), j'ai étendu mon travail sur le pont de matière A399-A401 à une étude statistique des propriétés des galaxies le long des filaments cosmiques, de longueurs comprises entre 10 et 100 Mpc environ. Le catalogue de filaments, extrait de l'échantillon de galaxies spectroscopiques SDSS DR12, contient ~10000 objets. J'ai étudié les propriétés statistiques des galaxies actives, en transition, et passives, et de leurs SFRs et masses stellaires autour de ces structures pour explorer le processus d'arrêt de formation d'étoiles.Un autre aspect de ma thèse était la réduction et l'analyse des données d'un grand programme de l'ESO, qui visait à détecter les galaxies d'amas des sources SZ Planck dans les bandes optiques g, r, et z et en spectroscopie de 4000 à 8000 Angstrom. Le but de ce programme était de confirmer ou infirmer la détection de 129 amas massifs identifiés par Planck via l'effet SZ dans l'hémisphère sud. J'ai développé des pipelines pour réduire les données photométriques avec NTT/EFOSC et les données spectroscopiques avec VLT/FORS2. Des redshifts ont pu être fournis pour tous les amas confirmés. Un total de 49 amas avec des redshifts estimés z>0,5 ont été observés avec VLT/FORS2. L'analyse des ~3000 spectres obtenus est en cours et avec les données actuelles, nous confirmerons spectroscopiquement environ 10 amas avec près de 10 galaxies membres par amas.La quantité de gaz ionisé et chaud de la toile cosmique pourrait représenter environ 40% des baryons à bas redshift. Il est donc important d'utiliser des traceurs d'observation optimisés pour le gaz. Dans ce but, j'ai développé un algorithme d'apprentissage profond utilisant tout le potentiel des données Planck pour détecter l'effet SZ des amas de galaxies et du gaz chaud ionisé. J'ai entraîné un réseau neuronal convolutionnel sur les cartes de fréquence de Planck à reconnaître les amas sélectionnés en SZ, rayons X et optique. Avec ce modèle, j'ai généré une carte du ciel de SZ à faible bruit, dans laquelle j'ai détecté environ 10 fois plus de candidats que le premier catalogue Planck des sources SZ. J'ai montré que l'apprentissage profond semble être une approche prometteuse pour améliorer la carte SZ et pour détecter le gaz à faible pression dans la toile cosmique.