Soutenance de thèse de Luis NUñEZ DE VILLAVICENCIO CASTIñEYRA
Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : ASTROPHYSIQUE ET COSMOLOGIE
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
neutrinos,cosmologie,physique de particules,matier noire,
Keywords
particle physics,cosmology,neutrinos,Dark Matter,
Titre de thèse
Des simulations cosmologiques à la détection de matière noire
- Physique baryonique et formation de galaxies spirales
- Distribution et dynamique de la matière noire
- Détection de la matière noire en direction du Soleil avec
le télescope à neutrinos Antares
From cosmological simulations to dark matter detection
- Baryonic physics and spiral galaxy formation
- Dark matter distribution and dynamics
- Detection of dark matter toward the Sun with the ANTARES neutrino telescope
Date
Jeudi 12 Décembre 2019
à 14:00
Adresse
Pôle de lÉtoile Site de Château-Gombert
38, rue Frédéric Joliot-Curie 13388 Marseille cedex 13 FRANCE
Amphitheatre
Jury
Directeur de these | M. Paschal COYLE | Centre de Physique des Particules de Marseille |
Rapporteur | M. Miguel ARDID RAMíREZ | Universitat de Valencia |
Rapporteur | Mme Adrianne SLYZ | University of Oxford |
Examinateur | M. Eric KAJFASZ | Centre de Physique des Particules de Marseille |
Examinateur | M. Marco CIRELLI | Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Energies |
CoDirecteur de these | M. Vincent BERTIN | Centre de Physique des Particules de Marseille |
CoDirecteur de these | M. Emmanuel NEZRI | Laboratoire d'Astrophysique de Marseille |
Examinateur | M. Gary MAMON | Institut d'Astrophysique de Paris |
Résumé de la thèse
Cette thèse interdisciplinaire traite de la formation de galaxies spirales et de la phénoménologie
de la matière noire ainsi que de sa détection par le t/elescope à neutrinos ANTARES.
Nous réalisons une série de simulations cosmologiques hydrodynamiques de haute résolution avec le code à
grille adaptative RAMSES de la même galaxie spirale avec différents modèles de formation stellaire (loi de
Kennicut (KS) versus critère dépendant de lhydrodynamique du gaz et de la turbulence (multiFF) ) et de
rétroaction de supernovae (refroidissement retardé (DC) versus rétroaction mécanique (ME)). Les résultats
concernant la morphologie et les propriétés des galaxies sont comparés aux contraintes obervationnelles et
mettent en évidence limportance de la physique baryonique sur la formation de galaxies spirales du type
de la Voie-Lactée. Les scénarios plus élaborés (multiFF+DC ou multiFF+ME) sont clairement favorisés et
donnent des masses stellaires et des disque plus réalistes.
Les distributions résultantes de matière noire dans les halos sont aussi analysées et comparées montrant des
différences très significatives. Ici encore, la maitrise de la physique baryonique est déterminante en vue de
comprendre la distribution de matière noire modifée et contractée différemment par le potentiel baryonique
de chaque simulation avec des impacts conséquents sur la dynamique et la détection directe et indirecte
de matière noire. Par ailleurs, nous utilisons aussi ces informations sur la matière noire pour évaluer la
validité de linversion dEddington pour prédire les distributions despace des phases à partir du potentiel
gravitationnel. Ces résultats sont assez positifs et très pertinents afin daméliorer et de calibrer les méthodes
danalyse des données du sondage GAIA. En outre, nous avons aussi réétudié les uncertitudes astrophysiques
relatives à la distribution de vitesse de matière noire dans le mécanisme de capture des WIMPS par le Soleil
et évalué ces effets à environ 15-20% sur le taux de capture.
Enfin, en utilisant 10 ans de données du telescope à neutrinos ANTARES et grâce à une amélioration de
leur analyse, la sensibilité à la detection de matière noire provenant du Soleil par ANTARES a été améliorée
dun facteur 2-3 par rapport à lanalyse précédente dANTARES.
Thesis resume
This interdisciplinary thesis adresses spiral galaxy formation and dark matter phenomenology
as well as its detection by the ANTARES neutrino telescope.
A suite of high resolution cosmological hydrodynamics simulations, with the adaptive mesh refinement code
RAMSES, of the same galaxy is performed using different modellings of stellar formation (Kennicut law
(KS) versus gravito-turbulent criteria (multiFF)) and supernovae feedback (delayed cooling (DC) versus
mechanical feedback (ME)). The results on the morphology and the properties of the galaxies are compared
to observational constraints and highlight the impact of baryonic physics on Milky-Way like spiral galaxy
formation. The most elaborated scenarios (multiFF+DC or multiFF+ME) are clearly favoured and give
rise to more realistic stellar mass and disc morphology.
The resulting dark matter distributions in halos are also analyzed and compared showing some significant
differences. Here again, the understanding of baryonic physics is crucial to understand the dark matter
distribution. Namely, it is specifically modified and contracted by the baryonic potential of each simulation
with a determining impact on direct and indirect dark matter detection. Moreover, we also use those
informations about the dark matter to probe the Eddington inversion method aiming at predicting phase-
space distribution from the gravitationnal potential. Those results are positive and very consistent and
promising in view of GAIA data analysis improvement and calibration. Furthermore, we also revisit the
astrophysical uncertainties related to the dark matter velocity distribution relevant in the capture by the
Sun and evaluate those effects to about 15-20% on the capture rate.
Finally, using 10 years data of the ANTARES neutrino telescope and thanks to an improved analysis, the
sensitivity to dark matter detection from the Sun by ANTARES is improved by a factor 2-3 with respect
to the previous ANTARES analysis.