The study of the Large Scale Structure is used to understand the evolution of the Universe and constrain the cosmological parameters. The matter spatial distribution can be mapped by observing baryonic biased tracer such as galaxies or neutral hydrogen (HI): next-generation radiotelescopes will allow to map the HI distribution, thanks to the intensity mapping technique, which consists of carrying out a low angular resolution survey of the integrated 21 cm flux from unresolved sources. Having two independent biased tracers of the matter distribution, it is possible to use their combination through the multi-tracer technique to overcome the cosmic variance, a statistical error dominant at the largest scales and limiting therefore the possibility to constrain parameters effectively at large scales. My thesis consists in two main sections: firstly I performed a forecast on the constraining power of the multi-tracer technique on the primordial non-Gaussianity parameter – f_NL – that measures the departure from a perfectly gaussian distribution of the primordial fluctuation and is deeply related to the inflationary phase of the Universe. Starting from the simulation of data sets from future surveys in the radio and optical band (namely a HI intensity mapping survey and a spectroscopic galaxy survey), I performed a multivariate analysis to reconstruct the primordial non-Gaussianity parameter, finding promising results thanks to the application of the multi-tracer technique and to the inclusion of high redshift probes. I also worked on the 2019 observations with the MeerKAT telescope, an array of 64 radiotelescopes which is paving the way to larger experiments such as the SKA Observatory and can be used to do HI intensity mapping surveys. I developed a pipeline based on the computation of the auto- and cross-correlation between observations made with different dishes or at different seasons, to assess the quality of the performance of each antenna and to build a proxy of the noise and of the cosmological signal.
La struttura a grande scala dell'Universo viene studiata per comprendere l'evoluzione dell'Universo e vincolare i parametri cosmologici. Per mappare la distribuzione spaziale della materia si possono usare dei tracciatori barionici, come le galassie o l'idrogeno neutro (HI): la prossima generazione di esperimenti in banda radio aprirà la possibilità di mappare la distribuzione di HI, grazie alla tecnica dell'intensity mapping, che consiste nel condurre una survey a bassa risoluzione angolare del flusso integrato a 21 cm proveniente da sorgenti non risolte. Avendo a disposizione due tracciatori indipendenti della distribuzione della materia, è possibile combinarli con la tecnica multi-tracciatore per superare il limite della varianza cosmica, un errore statistico particolarmente importante alle scale più grandi che compromette il potere vincolante su quei parametri i cui effetti si manifestano principalmente a queste scale. La mia tesi si divide in due parti principali. Innanzitutto ho lavorato a un forecast sul potere vincolante della tecnica multi-tracciatore sul parametro di non-gaussianità primordiale – f_NL – che misura la deviazione da una distribuzione perfettamente gaussiana delle fluttuazioni primordiali del campo di densità e che è profondamente legato alla fase di inflazione dell'Universo. A partire dalla simulazione di dati provenienti dalle prossime campagne osservative in banda radio e in banda visibile (rispettivamente una survey di HI intensity mapping e una survey spettroscopica di galassie), ho effettuato un'analisi multivariata per ricostruire il parametro di non-gaussianità primordiale, trovando risultati promettenti grazie all'applicazione della tecnica multi-tracciatore e all'inclusione di osservazioni ad alto redshift. Ho anche lavorato sulle osservazioni del 2019 del telescopio MeerKAT, un array di 64 radiotelescopi che sta preparando la strada per esperimenti più estesi come l'osservatorio SKA e che può esser usato per survey di HI intensity mapping. Ho sviluppato una pipeline basata sul calcolo dell'autocorrelazione e della correlazione incrociata tra osservazioni effettuate con diverse antenne o in momenti diversi per valutare la qualità della performance di ogni antenna e per costruire uno stimatore sia del termine di rumore sia del segnale cosmologico.
Cosmologia con l'intensity mapping dell'idrogeno neutro: forecast per sinergie in banda ottica e in banda radio e ottimizzazione dei migliori dati al momento attuale
BARBERI SQUAROTTI, MATILDE
2022/2023
Abstract
La struttura a grande scala dell'Universo viene studiata per comprendere l'evoluzione dell'Universo e vincolare i parametri cosmologici. Per mappare la distribuzione spaziale della materia si possono usare dei tracciatori barionici, come le galassie o l'idrogeno neutro (HI): la prossima generazione di esperimenti in banda radio aprirà la possibilità di mappare la distribuzione di HI, grazie alla tecnica dell'intensity mapping, che consiste nel condurre una survey a bassa risoluzione angolare del flusso integrato a 21 cm proveniente da sorgenti non risolte. Avendo a disposizione due tracciatori indipendenti della distribuzione della materia, è possibile combinarli con la tecnica multi-tracciatore per superare il limite della varianza cosmica, un errore statistico particolarmente importante alle scale più grandi che compromette il potere vincolante su quei parametri i cui effetti si manifestano principalmente a queste scale. La mia tesi si divide in due parti principali. Innanzitutto ho lavorato a un forecast sul potere vincolante della tecnica multi-tracciatore sul parametro di non-gaussianità primordiale – f_NL – che misura la deviazione da una distribuzione perfettamente gaussiana delle fluttuazioni primordiali del campo di densità e che è profondamente legato alla fase di inflazione dell'Universo. A partire dalla simulazione di dati provenienti dalle prossime campagne osservative in banda radio e in banda visibile (rispettivamente una survey di HI intensity mapping e una survey spettroscopica di galassie), ho effettuato un'analisi multivariata per ricostruire il parametro di non-gaussianità primordiale, trovando risultati promettenti grazie all'applicazione della tecnica multi-tracciatore e all'inclusione di osservazioni ad alto redshift. Ho anche lavorato sulle osservazioni del 2019 del telescopio MeerKAT, un array di 64 radiotelescopi che sta preparando la strada per esperimenti più estesi come l'osservatorio SKA e che può esser usato per survey di HI intensity mapping. Ho sviluppato una pipeline basata sul calcolo dell'autocorrelazione e della correlazione incrociata tra osservazioni effettuate con diverse antenne o in momenti diversi per valutare la qualità della performance di ogni antenna e per costruire uno stimatore sia del termine di rumore sia del segnale cosmologico.| File | Dimensione | Formato | |
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