Técnicas estatísticas para levantamentos futuros: extraindo física fundamental da estrutura em larga escala - Guandalin, Caroline Macedo (2021)
As últimas décadas trouxeram um desenvolvimento sem precedentes para a cosmologia através de mapas cada vez mais detalhados da radiação cósmica de fundo. Contudo, por representar uma informação essencialmente bidimensional, a quantidade de informação disponível é menor do que a obtida através dos mapas tridimensionais extraídos com levantamentos de galáxias. A distribuição de matéria escura inferida por esses levantamentos depende do processo altamente não-linear de colapso gravitacional, que pode ser incorporado na sua descrição através de simulações de $N$-corpos (geralmente Newtonianas) até escalas da ordem de dezenas de Mpc. Em contraste, escalas maiores (centenas de Mpc) são livres de efeitos astrofísicos e podem ser trabalhadas de forma acurada com teoria de perturbações. Nessas escalas podemos vincular a física do universo primordial através de características específicas deixadas nas estatísticas de $n$-pontos dos traçadores da matéria (e.g. galáxias e halos) e obter novos efeitos gravitacionais através da conexão entre a teoria e os observáveis (fundamentalmente dados em termos do redshift e ângulos de observação no céu). Primeiramente, exploramos as anisotropias da distribuição de halos de matéria escura devidas aos efeitos relativísticos que emergem ao conectarmos o redshift observado com o fornecido teoricamente pela relatividade geral. Focamos no dipolo do espectro de potência (estatística de 2-pontos) cruzado entre halos de diferentes massas de uma simulação de $N$-corpos relativística no limite de campos fracos. Apresentamos, em todos os detalhes, a sequência de como extrair parâmetros essenciais para descrever esse efeito, como modelá-lo e interpretá-lo no cone de luz observado. Do ponto de vista observacional, enquanto desejamos obter redshifts altamente precisos, através de levantamentos espectroscópicos, também desejamos cobrir o maior volume possível para alcançarmos as escalas onde efeitos relativísticos e não-Gaussianidades primordiais (característica de modelos inflacionários, por exemplo) podem ser observados. Contudo, ao trabalharmos com traçadores discretos da matéria, devemos ter uma densidade suficiente de objetos para que o sinal das funções de $n$-pontos supere o ruído. Esses volumes podem ser densamente mapeados através dos chamados levantamentos fotométricos, ao custo da precisão espectroscópica dos redshifts. Como segundo objetivo, desejamos calibrar os chamados redshifts fotométricos utilizando a correlação entre galáxias e mapas de intensidade de hidrogênio neutro. Avaliamos a capacidade do bispectro (estatística de 3-pontos) em recuperar os parâmetros da distribuição de redshift e comparamos com o espectro de potências, verificando como o método depende da contaminação em primeiro plano presente nos mapas de intensidade para ambos os casos.