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On finding galaxy clusters with Planck and the spherical collapse model in different Dark Energy cosmologies

Waizmann, Jean-Claude

German Title: Über das Detektieren von Galaxienhaufen mit Planck und das sphärische Kollapsmodell in Modellen mit Dunkler Energie

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Abstract

One of the main objectives of the Planck mission is to perform a full-sky cluster survey based on the Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect, which leads to the question of how such a survey would be affected by cosmological models with a different history of structure formation than LCDM. To answer this question, I developed a fast semi-analytic approach for simulating full-sky maps of the Compton-y parameter, ready to be fed into a realistic simulation pipeline. I also implemented a filter and detection pipeline based on spherical multi-frequency matched filters, that was used to study the expected SZ cluster sample of Planck. It turned out that realistic samples will comprise ~1000 clusters at low rate of contamination, significantly lower than originally anticipated. Driven by wrong estimates of the impact of early dark energy models on structure formation, we studied the spherical collapse model in dark energy model, finding that models with varying equation-of-state have a negligible impact on the structure formation. Yet, the different expansion history for the different models can be detected via volume effects, when counting objects in a known volume. Furthermore, it turned out that the different expansion history strongly affects the angular SZ power spectra for the various models, making them an interesting tool to distinguish and constrain alternative cosmologies.

Translation of abstract (German)

Eines der Hauptziele der Planck Mission ist die Durchführung einer Himmelsdurchmusterung von Galaxienhaufen mittels des Sunyaev-Zel'dovich (SZ) Effektes, was unmittelbar die Frage aufwirft, inwiefern eine solche Durchmusterung sensitiv für verschiedene kosmologische Modelle wäre. Um diese Frage zu beantworten habe ich eine schnelle semi-analytische Methode entwickelt um Himmelskarten des Compton-y Parameters für beliebige Kosmologien zu erstellen, die sofort in die Planck Simulations Pipeline eingefügt werden können. Zusätzlich habe ich Filter- und Detektionsmodule implementiert, die es erlauben den zu erwartenden Haufenkatalog zu charakterisieren. Dabei trat zu Tage, dass für realistische Fälle ein solcher Katalog für geringe Kontaminationsraten nur etwa 1000 Haufen umfasst, wesentlich weniger als ursprünglich bei der Projektierung der Mission erwartet worden war. Aufgrund fehlerbehafteter Vorhersagen des Effektes von Modellen mit früher dunkler Energie auf die kosmische Strukturbildung, haben wir sphärische Kollapsmodelle für verschiedene Kosmologien untersucht. Mit dem Ergebnis, dass Modelle mit zeitabhängiger Zustandsgleichung nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Strukturbildung haben. Dennoch können solche Modelle wegen ihrer unterschiedlichen Expansionsgeschichte mittels des Volumeneffektes, z.B. durch Abzählen von Haufen in einem festen Volumen, unterschieden werden. Ferner stellte sich heraus, dass das Winkelleistungsspektrum des SZ-Effektes sich ebenfalls hervorragend dazu eignet, alternative kosmologische Modelle auszuschliessen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bartelmann, Prof. Dr. Matthias
Date of thesis defense: 24 November 2010
Date Deposited: 06 Dec 2010 07:40
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) > Institute of Theoretical Astrophysics
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Kosmische Hintergrundstrahlung, Kosmologie, Galaxienhaufen, Sunyaev-Zeldovich-Effekt, Strukturbildung, Gravitationskollaps
Uncontrolled Keywords: Planckgalaxy clusters , CMB , Sunyaev-Zeldovich effect , spherical collapse, dark energy
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