A hunt for cosmic microwave background B-modes in the systematic contaminants jungle
Description
This thesis presents a study of selected instrumental and astrophysical systematics, which may affect the performance of new generation of future observations of the Cosmic Microwave Background (CMB) polarization. It elaborates on their impact on the science goals of those observations and discusses techniques and approaches for their removal. Its focus is on general issues typical of entire classes of experiments, but also on specific problems as encountered in the context of a CMB B-mode experiment, POLARBEAR. The main target of the CMB polarization effort undergoing currently in the field is a detection of the primordial B-modes anisotropies --- a so far undetected signature of the inflationary theories. This would have far-reaching impact on our understanding of the universe but also fundamental laws of physics. Understanding, modelling, and ultimately removal of the systematics are essential steps in any modern CMB analysis pipeline and their successful accomplishment, together with a high instrumental sensitivity, will decide of a final success of the entire effort. In this thesis I first describe optics of typical CMB experiments and introduce a parametrization of instrumental and cross-polarization effects particularly convenient for the analysis of their impact. Second, I present a model describing the atmospheric contamination and use it to provide some insights about the atmosphere's role and its impact on performance of ground-based experiments. I also outline how it could be used further to improve control of atmospheric effects in the CMB data analysis. Then, I discuss another source of sky systematics --- the polarized astrophysical foregrounds. In this context I present on the one hand a new approach to forecasting performance of the future experiments, which accounts for the presence of the foregrounds, while on the other I propose a framework for optimizing hardware of such experiments to let them achieve better performance. This part of thesis stems from a common work with F. Stivoli and R. Stompor. I finally present one of the leading CMB polarization experiment POLARBEAR, in which I have been involved in over the course of my PhD studies. I describe its current status and performance as well as selected steps of its data analysis pipeline. In particular, I show methods to estimate some of the parameters introduced for the systematics modeling from simulated data. This work has been performed in collaboration with members of the POLARBEAR team. (author)
Abstract (French)
Cette these presente une etude de certains effets systematiques instrumentaux et astrophysiques, pouvant affecter les performances des nouvelles et futures generations d'observations de la polarisation du fond diffus cosmologique (CMB). Nous etudions l'impact de ces effets sur les objectifs scientifiques de ces observations, ainsi que les techniques pour leur elimination. Ce travail se concentre sur les problemes generaux que rencontrent les experiences de maniere generale, mais se penche egalement sur les questions plus specifiques soulevees dans le cadre de l'experience d'observation des modes-B du CMB, POLARBEAR. L'objectif principal de l'effort actuel pour l'etude de la polarisation du CMB est une detection des anisotropies primordiales appelees modes-B --- une signature des theories inflationnaires non detectee a ce jour. Cela aurait un grand impact sur notre comprehension de l'univers, mais aussi des lois fondamentales de la physique. Comprendre, modeliser, et, finalement, eliminer ces effets systematiques sont des elements indispensables pour tout pipeline d'analyse moderne du CMB. Sa reussite, de concert avec une haute sensibilite instrumentale, decidera du succes final des efforts entrepris. Dans cette these je decris tout d'abord l'optique des experiences typiques d'observation du CMB et propose un parametrage des polarisations instrumentale et croisee. Deuxiemement, je presente un modele decrivant la contamination atmospherique et utilise celui-ci afin de donner quelques apercus sur le role et l'impact de l'atmosphere sur les performances des experiences au sol. J'indique egalement comment ces resultats peuvent etre utilises pour ameliorer le controle des effets atmospheriques dans l'analyse des donnees CMB. Ensuite, je discute d'une autre source d'effets systematiques venant du ciel --- les avants-plans astrophysiques polarises. Dans ce contexte, je presente d'une part une nouvelle approche pour predire les performances des futures experiences prenant en compte la presence des avant-plans, et d'autre part je propose un cadre pour l'optimisation des experiences afin qu'elles puissent atteindre de meilleures performances. Cette partie de la these est issue d'un travail commun avec F. Stivoli et R. Stompor. Je presente enfin une experience phare pour l'observation de la polarisation du CMB, POLARBEAR, dans laquelle j'ai ete implique au cours de mes etudes doctorales. Je decris le statut actuel et les performances de l'instrument ainsi que quelques etapes de son pipeline d'analyse des donnees. En particulier, je montre des methodes d'estimation de certains des parametres introduits pour la modelisation d'effets systematiques, a partir de donnees simulees. Ce travail a ete realise en collaboration avec les membres de l'equipe POLARBEARFiles
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Additional details
Additional titles
- Original title (English)
- La chasse aux modes-B du fond diffus cosmologique dans la jungle des contaminations systematiques
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 304 p.
- Report number
- FRCEA-TH--3920
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 44048757
- Subject category
- S79: ASTROPHYSICS, COSMOLOGY AND ASTRONOMY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ALGORITHMS; ANISOTROPY; COSMOLOGY; POLARIZATION; RELICT RADIATION; TELESCOPES
- Descriptors DEC
- ELECTROMAGNETIC RADIATION; MATHEMATICAL LOGIC; MICROWAVE RADIATION; RADIATIONS
Optional Information
- Notes
- 151 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/INIS/contacts/