Estimador de não Gaussianidade na radiação cósmica de fundo e simulações para a missão OLIMPO

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Camila Paiva Novaes
• Orientador(a): Carlos Alexandre Wuensche de Souza
• Banca de defesa: Thyrso Villela Neto, Dennis Fernandes Alves Bessada, Armando Bartolome Bernui Leo, Luis Raul Weber Abramo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Astrofísica
• País: BR
• Resumo em Inglês: The temperature fluctuations field of the Cosmic Microwave Background (CMB) Radiation is directly related to the primordial density fluctuations which gave rise to the cosmological structures. The analysis of the CMB and the search for deviations from the Gaussian condition, assumed in the standard cosmological model, are essential to understand the early universe and to strengthen the foundations of modern cosmology. However, there are processes that generate secondary temperature fluctuations that may mask the CMB primary signal, such as the Sunyaev-Zeldovich effect (SZ). In addition to its intrinsic importance for the study of CMB, the SZ effect, whose characteristic profile is measured between 30 and 400 GHz, combined to measurements in other wavelengths, can also be used to obtain cosmological information. This work contributes to a better understanding of the primary signal when studying possible primordial deviations from the Gaussian condition in CMB maps produced by the Planck satellite, and studies the potential of the OLIMPO telescope, developed by the cosmology group at the University of Rome ${"}$La Sapienza${"}$, to detect the SZ effect and use the results to estimate cosmological parameters reliably. The first topic was the development of an estimator based on the combination of two statistical tools that have been very sensitive to small deviations of Gaussianity in CMB maps: the Minkowski Functionals (MFs), already widely used in the study of non-Gaussian signals, and Artificial Neural Networks (NNs), designed to identify characteristic patterns in data sets. The estimator was tested under different conditions in order to optimize the use of the NNs, leading to its better performance in discriminating between primary and secondary signals. In addition, tests on synthetic data showed an efficiency of 95\% of the estimator in identifying the degree of non-Gaussianity of these maps. Finally, the results obtained for the Gaussian deviation in the Planck data indicate that f$_{NL}$ = 44 $\pm$ 14, with 2$\sigma$ of reliability, which is in accordance with recent results obtained by Planck and WMAP collaborations. The second topic corresponds to the internship developed in collaboration with the group of cosmology at the University of Rome ${"}$La Sapienza${"}$, aiming to help preparing for the mission of the OLIMPO telescope, an instrument designed to study the SZ effect, operating in four frequency bands with high sensitivity. The main contribution to the mission was the analysis of the potential of photometric and spectroscopic measurements of OLIMPO in estimating clusters parameters. We performed simulations of the OLIMPO spectroscopic and photometric measurements of the line-of-sight trough one of the galaxy cluster chosen to be observed by the instrument. Using each kind of simulations individually and combined, we find out that, as expected, spectroscopic simulations have a superior performance, allowing the estimative of a larger set of cluster parameters, and being more accurate in estimating some of them. Moreover, the combination of spectroscopic and photometric simulation can even improve some parameter estimates.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2015/02.02.13.40

O campo de flutuações de temperatura da Radiação Cósmica de Fundo (RCF) está diretamente relacionado às flutuações primordiais de densidade que deram origem às estruturas cosmológicas. A análise da RCF e a procura por desvios da condição Gaussiana, prevista no modelo cosmológico padrão, são essenciais para a compreensão do universo primordial e para o fortalecimento das bases da cosmologia moderna. No entanto, existem processos secundários de produção de flutuações de temperatura que podem mascarar o sinal primordial da RCF, dificultando o estudo de suas propriedades intrínsecas, como é o caso do efeito Sunyaev-Zel${'}$dovich (SZ). Além de sua importância intrínseca para o estudo da RCF, medidas combinadas do efeito SZ, cujo perfil característico é medido entre 30 e 400 GHz, aproximadamente, e em outros comprimentos de onda também podem ser usadas para obter informações cosmológicas. Este trabalho contribui para um melhor entendimento do sinal primário ao estudar possíveis desvios primordiais da condição Gaussiana em mapas da RCF produzidos pelo satélite Planck, e estuda o potencial do telescópio OLIMPO, desenvolvido pelo grupo de cosmologia da Universidade de Roma ${"}$La Sapienza${"}$, de detectar o efeito SZ e usar os resultados para estimar parâmetros cosmológicos com confiabilidade. O primeiro tema consistiu no desenvolvimento de um estimador baseado na combinação de duas ferramentas estatísticas que têm se mostrado bastante sensíveis a pequenos desvios de Gaussianidade em mapas da RCF: os Funcionais de Minkowski (FMs), já amplamente utilizados no estudo de sinais não-Gaussianos, e as Redes Neurais Artificiais (RNs), designadas para identificar padrões característicos em conjuntos de dados. O estimador foi testado em diferentes condições, de forma a otimizar o uso das RNs, levando a uma melhor atuação destas ao discriminar entre sinais primários e secundários. Além disso, testes em dados sintéticos mostraram uma eficiência de 95\% do estimador ao identificar o grau de não-Gaussianidade destes mapas. Por fim, os resultados obtidos para o desvio de Gaussianidade nos dados do Planck indicam que f$_{NL}$ = 44 $\pm$ 14, com 2$\sigma$ de confiabilidade, estando em concordância com resultados recentes obtidos pelas colaborações Planck e WMAP. O segundo tema corresponde ao estágio sanduíche desenvolvido em colaboração com o grupo de Cosmologia da Universidade de Roma ${"}$La Sapienza${"}$, visando ajudar na preparação para a missão do telescópio OLIMPO, um instrumento projetado para estudar o efeito SZ, operando em quatro bandas de frequência com elevada sensibilidade. A principal contribuição para a missão foi a análise do potencial de medidas fotométricas e espectroscópicas do OLIMPO para a estimativa de parâmetros de aglomerados. Nós realizamos simulações de medidas espectroscópicas e fotométricas da linha de visada que atravessa um dos aglomerados de galáxias escolhidos para observação do instrumento. Utilizando cada tipo de simulação individualmente e combinadas, nós concluímos que, como esperado, simulações espectroscópicas apresentam uma performance superior, permitindo a estimativa de um conjunto maior de parâmetros de aglomerados e sendo mais precisas na estimativa de alguns deles. Além disso, a combinação de simulações espectroscópicas e fotométricas pode ainda melhorar a estimativa de alguns parâmetros.