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Different aspects of the interplay between light and the large-scale structure of the Universe

Merkel, Philipp M.

German Title: Verschiedene Aspekte des Wechselspiels von Licht und der groß-skaligen Struktur im Universum

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Abstract

The main subject of this thesis is the influence of intrinsic alignments on weak lensing measurements. One possible source of intrinsic alignments are correlations in the angular momenta of neighbouring galaxies. Employing an improved ansatz for the angular momentum correlation function I show that the typical correlation length of Milky Way-sized haloes is about 1 Mpc/h which is slightly smaller than earlier work in this field suggested. Establishing the constitutive formalism to describe intrinsic alignments consistently in the framework of 3d cosmic shear I compute the resulting covariance matrices of different alignment types. For a Eucild-like survey it turns out that intrinsic alignments are more than one order of magnitude smaller than the lensing signal. In addition the parameter estimation bias in a two-dimensional non-tomographic weak lensing measurement is computed. The matter density Omega_m and the normalization of the linear matter power spectrum sigma_8 are most severely biased if intrinsic alignments are described by an angular momentum based alignment model. In the second part of my thesis I address secondary anisotropies of the cosmic microwave background: weak gravitational lensing and the nonlinear integrated Sachs-Wolfe (iSW) effect. The characteristic imprint of lensing can be used to reconstruct the lensing potential power spectrum. I show how this reconstruction is biased in the presence of primordial non-Gaussianities. For current values of f_NL, however, the bias is completely negligible on all but the largest angular scales. Finally, a novel analytical approach for the computation of the nonlinear iSW effect valid in the translinear regime is presented. It allows to identify two distinct contributions: the change of the gravitational self-energy density of the large-scale structure with (conformal) time and the Birkinshaw-Gull effect.

Translation of abstract (German)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich hauptsächlich mit dem Einfluss intrinsischer Elliptizitäts-Korrelationen auf Messungen des schwachen Gravitationslinseneffektes. Eine mögliche Ursache für diese Korrelationen sind ebensolche in den Drehimpulsen benachbarter Galaxien. Mit Hilfe eines verbesserten Ansatzes für die Drehimpuls-Korrelationen zeige ich, dass die typische Korrelationslänge von Halos von der Größe der Milchstraße ungefähr 1 Mpc/h beträgt, was etwas geringer ist als von früheren Arbeiten vorhergesagt. Ich entwickle den grundlegenden Formalismus, um 3d-Spektren intrinsischer Elliptizitäts-Korrelationen analog zum schwachen kosmischen Linseneffekt beschreiben zu können. Damit berechne ich die Kovarianz-Matrizen für verschiedene Varianten von Elliptizitäts-Korrelationen. Im Falle eines Euclid-ähnlichen Surveys ist das von intrinsischen Elliptizitäts-Korrelationen stammende Signal mehr als eine Größenordnung kleiner als dasjenige des Linseneffektes. Darüber hinaus berechne ich die Parameter-Verzerrung, die aus der Außerachtlassung intrinsischer Elliptizitäts-Korrelationen in zweidimensionalen nicht-tomographischen Messungen des schwachen Gravitationslinseneffektes resultiert. Die Materiedichte Omega_m und die Normierung des linearen Materieleistungsspektrums sigma_8 sind am stärksten verzerrt, falls intrinsische Elliptizitäts-Korrelationen mit Hilfe eines Drehimpuls basierten Models beschrieben werden. Im zweiten Teil meiner Arbeit wende ich mich sekundären Anisotropien des kosmischen Mikrowellenhintergrundes zu: dem schwachen Gravitationslinseneffekt und dem nichtlinearen integrierten Sachs-Wolfe (iSW)-Effekt. Das charakteristische Signal des Linseneffektes lässt sich ausnutzen, um das Leistungsspektrum des Linsenpotentials zu rekonstruieren. Ich zeige, wie diese Rekonstruktion durch primordiale Nicht-Gaußianitäten verzerrt wird. Für aktuelle Werte von f_NL ist die Verzerrung jedoch auf allen außer den größten Winkelskalen vernachlässigbar gering. Abschließend stelle ich einen neuen analytischen Zugang zur Berechnung des nichtlinearen iSW-Effektes im translinearen Bereich vor. Der Ansatz offenbart zwei unterschiedliche Beiträge: die Änderung der gravitativen Selbstenergiedichte der groß-skaligen Struktur bezüglich konformer Zeit und den Birkinshaw-Gull-Effekt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schäfer, Prof. Dr. Björn Malte
Date of thesis defense: 6 November 2013
Date Deposited: 19 Nov 2013 10:48
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
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