Magnifying the galaxy-halo connection in the Euclid Deep fields
L’amplification par effet de lentillage pour étudier le lien entre les galaxies et les halos de matière noire dans les champs profonds de Euclid
Résumé
The aim of this Thesis is to study the intricate relation between galaxies and dark matter halos in near-infrared surveys within the context of the Euclid mission. In particular, it focuses on studying the relationship between galaxy stellar mass and halo mass (called the stellar-to-halo mass relation, or SHMR) throughout cosmic history. The SHMR, which also expresses the star-formation efficiency of a galaxy integrated over the halo’s lifetime, is key to understanding how different physical processes such as mergers, gas accretion, cold streams, supernovae and AGN feedback, shape galaxy properties. While various aspects of the SHMR have been extensively studied in the literature, the conclusions are hampered by heterogeneous data sets and there is still no consensus on its evolution with redshift throughout the majority of cosmic history, as well as what is the contribution from central and satellite galaxies. This Thesis presents new measurements of the cosmic evolution of the SHMR, divided by central and satellite galaxies, since z ∼ 5. The novelty of this work is the use of a single dataset – the COSMOS2020 catalog – to consistently measure the SHMR to z ∼ 5. COSMOS2020 is a near-infrared selected catalog with photometry in over 30 bands complete down to low stellar mass limit and with accurate photometric redshifts. This was, in part, made possible by the deeper Spitzer/IRAC photometry that was extracted during this Thesis for the COSMOS2020 catalog. As such, the catalog allows measurements of galaxy clustering and abundance for complete samples in ten redshift bins. These measurements are described using a phenomenological model that parametrizes the SHMR for central galaxies and the number of galaxies inside each halo. The resulting SHMR in ten redshift bins out to z = 5.5 for both central and satellite galaxies is compared against hydrodynamical simulations to disentangle the effects of various physical mechanisms. This Thesis also investigates the prospects of an additional weak lensing probe based on the magnification bias in the context of the upcoming deep survey of the Euclid mission. Magnification bias refers to the modification of the number densities of background sources due to lensing from foreground matter. As such, it does not require shape measurements, which means it can be used at higher redshifts than shear-based probes. Since COSMOS will be part of the Euclid Deep and Auxiliary fields, the COSMOS2020 catalog is used in this first study. Magnification is measured with the two-point angular cross-correlation function between stellar mass-selected foreground samples at z < 1.5, and apparent magnitude selected background samples at 2.7 < z < 4. These measurements are fitted with a model based on the halo occupation distribution (HOD) that parametrizes the SHMR. Magnification can provide complementary constraints on HOD parameters, but is limited by its low signal-to-noise in COSMOS. A second study of magnification relies on the Euclid Flagship2.0 simulation. Magnification is measured with the two-point angular cross-correlation for stellar mass-selected foreground (at z < 2) and magnitude selected background samples (at 2.5 < z < 2.9). Simulations of photometric errors and estimations of photometric redshifts are used to investigate the impact of systematic errors from clustering in the magnification measurements. This analysis shows that the Euclid Deep Survey’s near-infrared data, combined with ground-based optical data from the Cosmic Dawn Survey, can provide photometric redshifts with high enough quality to control the systematic errors to measure unbiased magnification. However, the sample selection will have to be done carefully to minimize outliers in the true redshift vs. photo-z space. This analysis focuses on the redshift regime (z > 1) in which magnification can successfully be used to probe halo masses, where shear-based probes will have unacceptably large uncertainties. […]
L’objectif de cette thèse est d’étudier la relation complexe entre les galaxies et les halos de matière noire dans le cadre des relevés en proche infrarouge de la mission Euclid. En particulier, elle se concentre sur l’étude de la relation entre la masse stellaire des galaxies et la masse des halos (appelée relation masse stellaire-masse halo, ou en anglais stellar-to-halo mass relation – SHMR) à travers l’histoire cosmique. La SHMR, qui exprime également l’efficacité de formation d’étoiles d’une galaxie intégrée sur la durée de vie du halo, est essentielle pour comprendre comment différents processus physiques tels que les fusions galactiques, l’accrétion de gaz, les flux froids, les supernovae et la rétroaction des noyaux actifs de galaxies (en anglais active galactic nucleii AGN) façonnent les propriétés des galaxies. Bien que divers aspects de la SHMR aient été largement étudiés, les conclusions dans la littérature divergent. En effet, la large variété de sets de données de sources différents arrive à de différentes conclusions en ce qui concerne son évolution avec le décalage vers le rouge (z), c’est-à-dire au cours de l’histoire cosmique, ainsi que son évolution avec la contribution des galaxies centrales et satellites. Cette thèse présente de nouvelles mesures de l’évolution cosmique de la SHMR, depuis z ∼ 5 et séparant l’analyse en deux sous-groupes: les galaxies centrales et les galaxies satellites. La nouveauté de ce travail réside dans l’utilisation d’un seul ensemble de données - le catalogue COSMOS2020 est un catalogue dont les galaxies sont sélectionnées dans les bandes en proche infrarouge et avec des mesures de la photométrie dans plus de 30 bandes. Ce catalogue est complet jusqu’à une limite de faible masse stellaire et avec des décalages vers le rouge photométriques précis. Cela a été rendu possible en partie par la photométrie plus profonde de Spitzer/IRAC qui a été extraite lors de cette thèse pour le catalogue COSMOS2020. Ainsi, le catalogue permet des mesures du regroupement et de l’abondance des galaxies pour des échantillons complets dans dix intervalles de décalage vers le rouge. Ces mesures sont décrites à l’aide d’un modèle phénoménologique qui paramètre la SHMR pour les galaxies centrales et le nombre de galaxies à l’intérieur de chaque halo de matière noire. La SHMR résultante dans dix intervalles de décalage vers le rouge jusqu’à z = 5.5 pour les galaxies centrales et satellites est comparée à des simulations hydrodynamiques pour démêler les effets de différents mécanismes physiques. Cette thèse examine également les perspectives d’une sonde supplémentaire de lentilles gravitationnelles faibles basée sur le biais de magnification dans le contexte de l’étude approfondie à venir de la mission Euclid. Le biais de magnification fait référence à la modification des densités de nombre de sources en arrière-plan en raison de l’effet de lentille provenant de la matière en premier plan. Ainsi, cela ne nécessite pas de mesures de forme, ce qui signifie qu’il peut être utilisé à des décalages vers le rouge plus élevés que les sondes basées sur le cisaillement. Étant donné que COSMOS fera partie des champs profonds et auxiliaires d’Euclid, le catalogue COSMOS2020 est utilisé dans cette première étude. La magnification est mesurée à l’aide de la fonction de corrélation angulaire à deux points entre des échantillons avant-plan sélectionnés en fonction de la masse stellaire à z < 1.5, et des échantillons arrière-plan sélectionnés en fonction de la magnitude apparente à 2.7 < z < 4. Ces mesures sont ajustées avec un modèle basé sur la distribution d’occupation des halos (HOD, en anglais halo occupation distribution) qui paramètre la SHMR. La magnification peut fournir des contraintes complémentaires sur les paramètres HOD, mais est limitée par son faible rapport signal/bruit dans COSMOS. Une deuxième étude de la magnification s’appuie sur la simulation Flagship2.0 d’Euclid. […]
Origine : Version validée par le jury (STAR)