Soutenance de thèse de Olivier KAUFFMANN

L'époque de la réionisation cosmique est une étape majeure de l'évolution de l'Univers, suite à la formation des premières étioles et galaxies. Les photons énergétiques émis par ces sources ionize progressivement l'hydrogène neutre dans le milieu inter-galactique. Le degrée d'ionisation de l'hydrogène influence l'évolution apparente de la population de galaxies à grand décallage vers le rouge (redshift). Le sujet principal de cette thèse est la description statistique des galaxies à grand redshift pendant la réionisation de l'Universe, au travers de l'analyse de sondages profonds. La détection et l'identification de ces galaxies rares et peu brillantes dépend essentiellement sur la photométrie multi longueurs d'onde, en particulier dans l'infrarouge proche comme ces sources sont indétectables dans le visible. Ce champ d'étude va bénéficier de la prochaine génération de télescopes spatiaux comme les télescope James Webb (JWST) et Euclid. En préparation pour ces missions, j'ai traité des images simulées et réelles, notament dans le champs COSMOS. En préparation pour les futures programmes d'observation du JWST, j'ai en premier lieu réalisé une analyse prospective des galaxies à grands redshifts qui seront détectées. Pour ce faire, j'ai simulé les premiers programmes acceptés du JWST dans des champs extra-galactiques, en complément des données existantes du télescope spatial Hubble (HST). Dans ce simulations, des galaxies et des étoiles sont injectées dans des images réalistes puis extraites, puis les paramètres physiques et la fonction de luminosité UV des galaxies sont calculés. La description statistique de la population de galaxies à grands redshifts nécessite une estimation robuste de la complétude et de la pureté, fournie dans cette analyse. En parallèle, j'ai traité les images profondes dans le champ COSMOS, couvrant 2 degrées carrés du ciel. Au sein de la collaboration COSMOS, nous avons fourni un nouveau catalogue photométrique de référence, appelé COSMOS2020, comprenant les anciennes données recalibrées ainsi que les nouvelles données de Hyper Suprime-Cam (HSC) dans le visible et les images UltraVISTA dans l'infrarouge proche. Dans un effort conjoint, j'ai produit un catalogue de photométrie d'ouverture en utilisant les images à haute résolution. Ce travail est d'une importance majeure notament pour la mission Euclid, pour lequel COSMOS sera un des champs de calibration. Enfin, j'ai effectué une recherche de galaxies à redshift z>7 en utilisant le catalogue photométrique dans le champ COSMOS. Plusieurs nouveaux candidats à grands redshifts ont été identifiés, en particulier en utilisant la photométrie des sources confondues dans COSMOS2020. Avec ce nouvel échantillon de candidats, j'ai estimé la fonction de luminosité UV des galaxies à z=8 et z=9.

The epoch of cosmic reionization is one major step in the evolution of the Universe, driven by the formation of the first stars and galaxies. The energetic photons emitted from these objects progressively ionize the neutral hydrogen in the inter-galactic medium. The degree of hydrogen ionization impacts the observed evolution of the high-redshift galaxy population. The main topic of this PhD is the statistical description of high-redshift galaxies during the reionization of the Universe, through deep imaging surveys. The detection and identification of these rare, faint galaxies essentially rely on multi-wavelength photometry, in particular in the near-infrared as these sources remain invisible in the optical. This field will benefit from the next generation of telescopes like the James Webb space telescope (JWST) and Euclid. In preparation for these missions, I treated mock and real astronomical images, including in the cosmic evolution survey (COSMOS) field. In preparation for the future JWST imaging programs, I firstly produced a prospective analysis of the high-redshift galaxies to be detected. I performed extensive image simulations of the first accepted JWST programs in extragalactic fields, in complement to the existing data from the Hubble space telescope (HST). In these end-to-end simulations, galaxies and stars are injected into realistic mock images, extracted sources, computed the physical parameters and the galaxy ultra-violet (UV) luminosity function. The statistical description of the galaxy population at high-redshift requires robust completeness and purity estimates, provided in this analysis. In parallel, I processed the deep imaging data in the 2 deg2 of the COSMOS field. With the COSMOS team, we provided a new reference multi-wavelength catalog, named COSMOS2020, including the new near-infrared UltraVISTA images and the optical data from Hyper Suprime-Cam (HSC). In this joint effort, I produced the aperture photometry catalog using the high-resolution images. This work is of major importance notably for the Euclid mission, as COSMOS will be one of the Euclid calibration fields. Moreover, the methods tested for COSMOS will be directly applied to the Cosmic Dawn survey, i.e. the HSC and Spitzer coverage of the Euclid Deep Fields. Finally, I searched for galaxies at z>7.5 using the COSMOS2020 catalog. Multiple new high-redshift candidates were identified, in particular using the deblended photometry. With this updated sample of candidates, I computed the galaxy UV luminosity function at z>8.