Data analysis and scientific exploitation of the CMB B-modes experiment, POLARBEAR
Description
Over the last two decades cosmology has been transformed from a data-starved to a data-driven, high precision science. This transformation happened thanks to improved observational techniques, allowing to collect progressively bigger and more powerful data sets. Studies of the Cosmic Microwave Background (CMB) anisotropies have played, and continue on doing so, a particularly important and impactful role in this process. The huge data sets produced by recent CMB experiments pose new challenges for the field due to their volumes and complexity. Its successful resolution requires combining mathematical, statistical and computational methods all of which form a keystone of the modern CMB data analysis. In this thesis, I describe data analysis of the first data set produced by one of the most advanced, current CMB experiments, Polarbear and the major results it produced. The Polarbear experiment is a leading CMB B-mode polarization experiment aiming at detection and characterization of the so-called B-mode signature of the CMB polarization. This is one of the most exciting topics in the current CMB research, which only just has started yielding new insights onto cosmology in part thanks to the results discussed hereafter. In this thesis I describe first the modern cosmological model, focusing on the physics of the CMB, and in particular its polarization properties, and providing an overview of the past experiments and results. Subsequently, I present the Polarbear instrument, data analysis of its first year data set and the scientific results drawn from it, emphasizing my major contributions to the overall effort. In the last chapter, and in the context of the next generation CMB B-mode experiments, I present a more systematic study of the impact of the presence of the so-called E-to- B leakage on the performance forecasts of CMB B-mode experiments, by comparing several methods including the pure pseudospectrum method and the minimum variance quadratic estimator. In particular, I detail how the minimum variance quadratic estimator in the case of azimuthally symmetric patches can be used to estimate efficiently parameters, and I present an efficient implementation based on existing parallel algorithms for computing Spherical Harmonic Transforms. (author)
Abstract (French)
L'evolution des techniques d'observation au cours des deux dernieres decennies a rendu possible l'obtention de jeux de donnees de plus en plus precis, et a permis l'evolution de la cosmologie vers une science de haute precision. Les etudes menees sur les anisotropies du Fond Diffus Cosmologique n'ont jamais cesse de jouer un role preponderant dans cette transformation, tant leurs impacts ont ete importants. Neanmoins, les jeux de donnees extremement volumineux et complexes produits par les experiences de Fond Diffus en cours posent un nouveau defi pour le domaine, a tel point que la reussite de l'analyse moderne des donnees du Fond Diffus repose sur une forte interdisciplinarite combinant de la physique, des mathematiques, des methodes statistiques ainsi que des methodes de calcul numerique. Dans cette these, j'expose l'analyse du premier jeu de donnees produit par Polarbear, l'une des experiences actuelle de premier plan sur le Fond Diffus, ainsi que les resultats majeurs obtenus. L'experience Polarbear est specifiquement dediee a la detection et a la caracterisation de la signature des modes B de la polarisation du Fond Diffus Cosmologique. La recherche des modes B est l'un des sujets actuel les plus passionnants pour le Fond Diffus, qui a commence a ouvrir de nouvelles perspectives sur la cosmologie, en partie grace aux resultats presentes et discutes dans ce travail. Dans cette these, je decris en premier lieu le modele cosmologique actuel, en me concentrant sur la physique du Fond Diffus, et plus particulierement ses proprietes de polarisation; ainsi qu'une vue d'ensemble des contributions et des resultats des experiences anterieures et en cours. Dans un deuxieme temps, je presente l'instrument Polarbear, l'analyse des donnees prises lors de la premiere annee d'observation, ainsi que les resultats scientifiques qui en ont ete tires, en soulignant principalement ma contribution au projet dans son ensemble. Dans le dernier chapitre, et dans le contexte des prochaines generations d'experience sur les modes B, je detaille une etude plus systematique concernant l'impact de la presence des fuites des modes E dans les modes B sur les performances prevues par ces futures experiences, notamment en comparant plusieurs methodes dont la methode des pseudospectres pures ainsi que l'estimateur quadratique a variance minimum. En particulier, dans le cas d'observation du ciel presentant une symetrie azimutale, je detaille comment l'estimateur quadratique a variance minimum peut etre utilise pour estimer de maniere efficace les parametres cosmologiques, et je presente une implementation performante basee sur des algorithmes paralleles existants pour le calcul des transformations en harmoniques spheriques. (auteur)
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Additional titles
- Original title (English)
- Analyse et exploitation scientifique des donnees de l'experience d'observation des modes B du Fond Diffus Cosmologique, POLARBEAR
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 291 p.
- Report number
- FRNC-TH--13508
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 53119387
- Subject category
- S79: ASTROPHYSICS, COSMOLOGY AND ASTRONOMY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ALGORITHMS; ANISOTROPY; BACKGROUND NOISE; BOLOMETERS; CALIBRATION; DATA PROCESSING; GAUSSIAN PROCESSES; GRAVITATIONAL LENSES; INFLATIONARY UNIVERSE; MAPPING; POLARIZATION; RELICT RADIATION; SIMULATION; SPECTRAL DENSITY; SPHERICAL HARMONICS METHOD; TELESCOPES
- Descriptors DEC
- APPROXIMATIONS; CALCULATION METHODS; COSMOLOGICAL MODELS; ELECTROMAGNETIC RADIATION; FUNCTIONS; LENSES; MATHEMATICAL LOGIC; MATHEMATICAL MODELS; MEASURING INSTRUMENTS; MICROWAVE RADIATION; NOISE; PROCESSING; RADIATIONS; SPECTRAL FUNCTIONS
Optional Information
- Notes
- [270 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses