Anisotropies et polarisation du rayonnement fossile: méthode de détection et traitement de données
Résumé
The cosmic microwave background centaine much information about the universe when it vas young, a few hundred. thousand years after the Big-Bang. The statistical analysis of its temperature and polarization fluctuations permits us te mosanes cosmological parameters and te constrain theories of the primordial universe. Moreover, polarisation gives direct accuse; te primordial gravity waves.
The first part of this thesis prescrits the standard model of cosmology and, more specifically, the polarization of the cosmic microwave background.
The polarized signal is not expected te be more than 10% of the temperature fluctuations and should be detected at a level of the order of a few micro-Kelvin. To achieve this sensitivity we can use cooled bolometers coupled to polarizers I show that there exist optimized configurations of the detectors in the focal plane of the instrument which lead to a minimal error box volume; these configurations also ensure that the errors on the Stokes parameters (used te quantify the polarization) are rot correlated.
The main sources of noise in these measurements come from thermal fluctuations, electronics, gain instabilities and optics. These processes lead to important low frequency drifts which significantly reduce the sensitivity of the experiment. I prescrit a simple method which allows us to efficiently remove these drifts; this method uses the redundancies provided by the scanning strategy of the instrument. The results show that the low frequency noise can be removed down to the white noise level.
The last part of this thesis is dedicated to a preliminary analysis of the COSMOSOMAS experiment. The goal of this experiment is to map the polarized emission of the galaxy and the cosmic microwave background fluctuations.
The first part of this thesis prescrits the standard model of cosmology and, more specifically, the polarization of the cosmic microwave background.
The polarized signal is not expected te be more than 10% of the temperature fluctuations and should be detected at a level of the order of a few micro-Kelvin. To achieve this sensitivity we can use cooled bolometers coupled to polarizers I show that there exist optimized configurations of the detectors in the focal plane of the instrument which lead to a minimal error box volume; these configurations also ensure that the errors on the Stokes parameters (used te quantify the polarization) are rot correlated.
The main sources of noise in these measurements come from thermal fluctuations, electronics, gain instabilities and optics. These processes lead to important low frequency drifts which significantly reduce the sensitivity of the experiment. I prescrit a simple method which allows us to efficiently remove these drifts; this method uses the redundancies provided by the scanning strategy of the instrument. The results show that the low frequency noise can be removed down to the white noise level.
The last part of this thesis is dedicated to a preliminary analysis of the COSMOSOMAS experiment. The goal of this experiment is to map the polarized emission of the galaxy and the cosmic microwave background fluctuations.
Le rayonnement fossile regorge d'une multitude d'informations physiques sur l'univers tel qu'il était quelques centaines de milliers d'années après le Big-Bang. L'analyse de ses fluctuations de température et de polarisation permet de mesurer les paramètres cosmologiques et de contraindre les théories de l'univers primordial. La polarisation permet en particulier de lever des dégénérescences entre certains paramètres cosmologiques en donnant un accès direct aux ondes gravitationnelles primordiales.
La première partie de cette thèse est consacrée au modèle standard de la cosmologie. Je présente en particulier la polarisation du rayonnement fossile.
Le signal polarisé, dont l'intensité n'excède pas dans la plupart des scénarios 10 % des fluctuations de température, est attendu à quelques micro kelvins. Pour le mesurer, on utilise souvent des bolomètres refroidis, couplés à des polariseurs. Je montre qu'il existe des dispositions optimales des détecteurs dans le plan focal de l'instrument minimisant le volume de la boîte d'erreurs et permettant d'avoir des erreurs décorrélées sur les paramètres de Stokes, caractérisant la polarisation.
La source majeure de bruit dans ces mesures provient des fluctuations du bain thermique dans lequel plongent les bolomètres, de l'électronique de lecture, des instabilités de gain et de l'optique. Ces processus engendrent des dérivez basses fréquences qui se traduisent par des niveaux de bruit relatifs entre détecteurs trop importants par rapport au signal recherché. J'applique aux donné polarisées une méthode simple permettant de soustraire aux dérives basses fréquences; elle utilise les redondances inhérentes à la stratégie de balayage du ciel par l'instrument. Les résultats montrent que ces dérives peuvent être soustraites jusqu'au niveau du bruit blanc.
Enfin, je décris l'expérience COSMOSOMAS et présente une analyse préliminaire. Elle fournira des cartes de l'émission polarisée de notre galaxie à des fréquences de l'ordre de 10 GHz.
La première partie de cette thèse est consacrée au modèle standard de la cosmologie. Je présente en particulier la polarisation du rayonnement fossile.
Le signal polarisé, dont l'intensité n'excède pas dans la plupart des scénarios 10 % des fluctuations de température, est attendu à quelques micro kelvins. Pour le mesurer, on utilise souvent des bolomètres refroidis, couplés à des polariseurs. Je montre qu'il existe des dispositions optimales des détecteurs dans le plan focal de l'instrument minimisant le volume de la boîte d'erreurs et permettant d'avoir des erreurs décorrélées sur les paramètres de Stokes, caractérisant la polarisation.
La source majeure de bruit dans ces mesures provient des fluctuations du bain thermique dans lequel plongent les bolomètres, de l'électronique de lecture, des instabilités de gain et de l'optique. Ces processus engendrent des dérivez basses fréquences qui se traduisent par des niveaux de bruit relatifs entre détecteurs trop importants par rapport au signal recherché. J'applique aux donné polarisées une méthode simple permettant de soustraire aux dérives basses fréquences; elle utilise les redondances inhérentes à la stratégie de balayage du ciel par l'instrument. Les résultats montrent que ces dérives peuvent être soustraites jusqu'au niveau du bruit blanc.
Enfin, je décris l'expérience COSMOSOMAS et présente une analyse préliminaire. Elle fournira des cartes de l'émission polarisée de notre galaxie à des fréquences de l'ordre de 10 GHz.