CE31 - Physique subatomique et astrophysique

Construire l'échantillon de supernovae proches de référence pour la cosmologie avec le ZTF-II Survey – ZTF

Résumé de soumission

Les supernovae de type Ia (SNe Ia) sont la seule sonde à même de contraindre avec précision l'histoire de l'expansion cosmique et la formation des structures dans l'Univers proche (BAO et RSD étant limitées par la variance cosmique).

ZTF est aujourd'hui le seul instrument capable de couvrir l'intégralité du ciel nord extragalactique deux fois par nuit, et donc la meilleure usine à transients jamais construite. En 2023, ZTF aura produit ~ 5000 SNe très bien échantillonnées. Nous demandons à l'ANR un soutien pour atteindre les requirements de calibration qui permettront d'en faire un échantillon de cosmologie. Avec ces données calibrées, nous produirons: (1) la meilleure mesure de l'équation d'état de l'énergie noire (2) une mesure a moins de 10% du taux de croissance des structures dans l'Univers proche (3) une mesure de H0 indépendante, sans systématiques de sélection et d’environnement et incluant des tests de l'isotropie de l'expansion. Ces contraintes sont essentielles pour comprendre les tensions observées entre sondes de l'Univers proche et lointain.

Le projet est structuré en deux volets complémentaires: un effort technique pour produire à partir des images ZTF les courbes de lumière calibrées de toutes les SNe Ia découvertes par le projet. Puis un programme d'analyse pour produire, à partir de ces courbes de lumière des distances de luminosité standardisées puis les mesures cosmologiques clef de notre programme scientifique.

Le coeur du travail technique est le contrôle de la calibration du survey. La précision visée 5 fois meilleure que l'état de l'art actuel: ~0.1% pour la calibration en flux et l'uniformité du survey et 0.1-nm pour la caractérisation des bandes passantes de l'instrument. Cet objectif ambitieux est motivé par la mesure de w, dominée par les incertitudes de calibration. Les deux autres sondes, notamment le taux de croissance des structures sont moins exigeantes et bénéficient d'une augmentation rapide de la taille de l'échantillon proche.

Le projet est cadencé par des Data Release (DR) incrémentales et fréquentes, chacune apportant une augmentation de la taille du lot de données et des améliorations de la calibration. Une première Data Release (DR1, "State of the art") 14 mois après le début du projet permettra d'initier les mesures de taux de croissance. DR2 ("high statistics") un an plus tard, avec une calibration préliminaire débloquera les deux autres sondes. DR3 ("final data release") interviendra un an avant la fin du projet, et permettra l'écriture des papiers finaux.

Malgré l'ambition du projet, le niveau de risque est maîtrisé: l'utilisation de SNe Ia comme indicateurs de distance cosmologiques est un champ mature dont notre groupe est expert. L'instrument existe et la prise de données est en cours. L'instrumentation utilisée pour la calibration du télescope existe sous forme de prototypes. Les ressources en calcul nécessaires pour l'analyse sont disponibles. Enfin, les télescopes robotiques de ZTF ne sont pas affectés par la pandémie. Le risque principal réside dans la disponibilité du manpower nécessaire pour produire un échantillon de qualité cosmologique et l'exploiter, d'ou notre demande de 3 postdocs.

Le ticket d'entrée dans ZTF est de 600k$. Notre travail technique, plus une participation hardware a été valorisé 400k$ par ZTF. L'IN2P3 s'engage à financer 100k$ si nous parvenons à obtenir les 100k$ restants. Avec ce proposal, nous demandons (1) 100k$ de participation aux runnings costs (2) trois contrats postdoctoraux de 3 ans, destinés à porter les trois sujets de science de notre programme. Chaque postdoc ANR consacrera ~12 mois de travail à un développement technique critique pour son sujet de science, ~2 mois de travail à la préparation des data releases et le reste à l'exploitation scientifique du lot de données. Le soutien de l'ANR est critique pour le succès de ce programme, qui aura un impact fort sur les contraintes cosmologiques de la décennie à venir.

Coordination du projet

Nicolas Regnault (Laboratoire physique nucléaire et hautes énergies)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LPC LABORATOIRE DE PHYSIQUE DE CLERMONT
IP2I Lyon Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
CNRS DR12-CPPM CNRS Delegation Provence et Corse_Centre de physique des particules de Marseille
LPNHE Laboratoire physique nucléaire et hautes énergies

Aide de l'ANR 745 920 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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