Low-redshift type Ia supernovae as tracers of the velocity field to measure the growth rate of cosmic structures with LSST

by Damiano Rosselli (CPPM)

Thursday Sep 25, 2025, 9:00 AM → 12:00 PM Europe/Paris

Amphitéâtre (CPPM)

Composition du jury :

Eric LINDER LBNL, Berkeley, USA	Rapporteur
Tamara DAVIS  School of Mathematics and Physics - University of Queensland,  Brisbane, Australia	Rapporteure
Eric KAJFASZ CPPM, CNRS, Marseille	Président du jury
Lluís GALBANY  ICE-CSIC,Barcelona, Spain	Examinateur
Nicolas REGNAULT LPNHE, CNRS, Paris	Examinateur
Dominique FOUCHEZ CPPM, CNRS, Marseille	Directeur de thèse
Stephane ARNOUTS  LAM, CNRS, Marseille	Co-directeur de thèse
Benjamin RACINE  CPPM, CNRS, Marseille	Co-encadrant

 

Résumé :

L’accélération de l’expansion de l’Univers demeure l’un des mystères les plus profonds de la cosmologie moderne, posant un défi majeur à notre compréhension actuelle. Cette thèse explore l’utilisation des supernovae de type Ia (SNe Ia), non seulement en tant que chandelles standards pour mesurer les distances cosmologiques, mais également comme traceurs du champ de vitesses particulières (PVs) afin de sonder l’histoire de la croissance des structures à grande échelle. Plus précisément, ce travail
se concentre sur la mesure du paramètre de taux de croissance, f σ8, à partir des PVs issus de grands relevés actuels et futurs de supernovae, tels que le Zwicky Transient Facility (ZTF) et le Legacy Survey of Space and Time (LSST) de l’Observatoire Vera C.Rubin. Dans cette thèse, je développe une chaîne de simulation réaliste afin de prévoir les contraintes sur le taux de croissance à partir des PVs de SNe Ia observées par LSST. La simulation inclut la génération de courbes de lumière avec bruit d’observation, ainsi
que des effets de sélection réalistes reproduisant les caractéristiques du pipeline LSST. Trois scénarios d’observation sont testés, allant de conditions idéales à des conditions réalistes intégrant une classification photométrique et une contamination par des supernovae non-Ia. Les résultats montrent que LSST sera capable de contraindre fσ8 avec une précision de l’ordre de 10% jusqu’à un redshift de z = 0.14, même dans des conditions réalistes.
La thèse comprend également une analyse détaillée de l’échantillon DR2 de SNe Ia observées par ZTF. En particulier, à l’aide de simulations réalistes, j’étudie l’impact de négliger les PVs et leurs corrélations dans le diagramme de Hubble. Cette analyse démontre que ne pas prendre en compte les PVs induit un biais systématique sur la constante de Hubble, H0, d’environ 1.0 km/s/Mpc, et conduit également à une légère sous-estimation des incertitudes. Ce travail met ainsi en évidence l’importance d’inclure les effets liés aux PVs dans les analyses cosmologiques à bas redshift. Enfin, la thèse présente une validation indépendante des modèles de transmission des filtres de ZTF, en utilisant des données spectro-photométriques issues de Gaia DR3. Des décalages systématiques dans les longueurs d’onde centrales des filtres ZTF
sont quantifiés et corrigés, permettant une amélioration de la calibration des données SNe Ia de ZTF.

Abstract :

The accelerated expansion of the Universe remains one of the most profound myster?ies in modern cosmology, posing a significant challenge to our understanding. This thesis investigates the use of Type Ia supernovae (SNe Ia), not only as standard candles for measuring cosmic distances, but also as tracers of the peculiar velocity (PV) field to probe the growth history of the large-scale structure. Specifically, this work focuses on measuring the growth-rate parameter, f σ8, using PVs from current and future wide-field supernova surveys, such as the Zwicky Transient Facility (ZTF) and the Vera
C. Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (LSST).
In this thesis, I develop a realistic simulation pipeline to forecast the growth-rate constraints from LSST SN Ia PVs. The simulation includes light-curve generation with observational noise and realistic selection effects from the LSST pipeline. Three observational scenarios are tested, ranging from ideal to realistic conditions with photometric classification and contamination. The results show that LSST will be capable of constraining f σ8 at the 10% level up to z = 0.14, under realistic conditions. The thesis also includes a dedicated analysis of the ZTF SN Ia DR2 sample. In particular, using realistic simulations, I describe the study of the impact of neglecting
PVs and their correlations in the Hubble diagram. This analysis demonstrates that failing to account for PVs introduces a systematic shift in the Hubble constant, H0, of approximately 1.0 km/s Mpc−1 . This also leads to a slight underestimation of the uncertainties. This work highlights the importance of including PV effects in cosmological analyses at low redshift.
Finally, the thesis presents an independent validation of the ZTF filter transmission models using spectro-photometric data from Gaia DR3. Systematic shifts in the central wavelengths of ZTF filters are quantified and corrected, improving the calibration of ZTF SN Ia data.

 

Lien Zoom :
https://univ-amu-fr.zoom.us/j/94540000139?pwd=IwKABrM5DwhO6gTC7FmyrzpVFnp4qm.1

 

 

 

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