On finding galaxy clusters with Planck and the spherical collapse model in different Dark Energy cosmologies [Elektronische Ressource] / put forward by Jean-Claude Waizmann

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Dissertationsubmitted to theCombined Faculties for the Natural Sciences and forMathematicsof the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germanyfor the degree ofDoctor of Natural SciencesPut forward byJean-Claude Waizmannborn in: Mannheim, GermanyOral examination: November 24, 2010ON FINDING GALAXY CLUSTERS WITHPLANCKANDTHE SPHERICAL COLLAPSE MODELINDARK ENERGY COSMOLOGIESReferees: Prof. Dr. Matthias BartelmannProf. Dr. Luca Amendola¨Uber das Detektieren von Galaxienhaufen mit PLANCK und das spharische¨ Kol-lapsmodell in Modellen mit Dunkler EnergieZusammenfassung: Eines der Hauptziele der PLANCK Mission ist die Durchfuhrung¨einer Himmelsdurchmusterung von Galaxienhaufen mittels des Sunyaev-Zel’dovich (SZ)Effektes, was unmittelbar die Frage aufwirft, inwiefern eine solche Durchmusterung sen-sitiv fur¨ verschiedene kosmologische Modelle ware.¨ Um diese Frage zu beantworten habeich eine schnelle semi-analytische Methode entwickelt um Himmelskarten des Compton-yParameters fur¨ beliebige Kosmologien zu erstellen, die sofort in die PLANCK SimulationsPipeline eingefugt¨ werden konnen.¨ Zusatzlich¨ habe ich Filter- und Detektionsmodule im-plementiert, die es erlauben den zu erwartenden Haufenkatalog zu charakterisieren.
Publié le : vendredi 1 janvier 2010
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Dissertation
submitted to the
Combined Faculties for the Natural Sciences and for
Mathematics
of the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germany
for the degree of
Doctor of Natural Sciences
Put forward by
Jean-Claude Waizmann
born in: Mannheim, Germany
Oral examination: November 24, 2010ON FINDING GALAXY CLUSTERS WITHPLANCK
AND
THE SPHERICAL COLLAPSE MODEL
IN
DARK ENERGY COSMOLOGIES
Referees: Prof. Dr. Matthias Bartelmann
Prof. Dr. Luca Amendola¨Uber das Detektieren von Galaxienhaufen mit PLANCK und das spharische¨ Kol-
lapsmodell in Modellen mit Dunkler Energie
Zusammenfassung: Eines der Hauptziele der PLANCK Mission ist die Durchfuhrung¨
einer Himmelsdurchmusterung von Galaxienhaufen mittels des Sunyaev-Zel’dovich (SZ)
Effektes, was unmittelbar die Frage aufwirft, inwiefern eine solche Durchmusterung sen-
sitiv fur¨ verschiedene kosmologische Modelle ware.¨ Um diese Frage zu beantworten habe
ich eine schnelle semi-analytische Methode entwickelt um Himmelskarten des Compton-y
Parameters fur¨ beliebige Kosmologien zu erstellen, die sofort in die PLANCK Simulations
Pipeline eingefugt¨ werden konnen.¨ Zusatzlich¨ habe ich Filter- und Detektionsmodule im-
plementiert, die es erlauben den zu erwartenden Haufenkatalog zu charakterisieren. Dabei
trat zu Tage, dass fur¨ realistische Falle¨ ein solcher Katalog fur¨ geringe Kontaminationsraten
nur etwa 1000 Haufen umfasst, wesentlich weniger als ursrunglich¨ bei der Projektierung
der Mission erwartet worden war.
Aufgrund fehlerbehafteter Vorhersagen des Effektes von Modellen mit fruher¨ dunkler En-
ergie auf die kosmische Strukturbildung, haben wir spharische¨ Kollapsmodelle fur¨ ver-
schiedene Kosmologien untersucht. Mit dem Ergebnis, dass Modelle mit zeitabhangiger¨
Zustandsgleichung nur einen vernachlassigbaren¨ Einfluss auf die Strukturbildung haben.
Dennoch konnen¨ solche Modelle wegen ihrer unterschiedlichen Expansionsgeschichte mit-
tels des Volumeneffektes, z.B. durch Abzahlen¨ 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.
On finding galaxy clusters with PLANCK and the spherical collapse model in dark
energy cosmologies
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 thanLCDM . 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 forma-
tion, 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.”Twenty years from now you will be more disappointed by the things
that you didn’t do than by the ones you did do. So throw off the bow-
lines. Sail away from the safe harbor. Catch the trade winds in your
sails. Explore. Dream. Discover.”
Mark Twain (1835-1910)

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