The cosmic microwave background radiation at large scales and the peak theory

Abstract

ABSTRACT: In this PhD thesis, the large-scale anisotropies in the Cosmic Microwave Background (CMB) radiation are analysed. In particular, the theory of peaks in a Gaussian random field on the sphere is reviewed and applied to the CMB temperature and polarization fields, including the eccentricity of the peaks in the formalism. Previous to the characterization of the large-scale peaks, a general study of the derivatives up to second order of the Planck CMB temperature data is performed at different scales, identifying the most significant deviations from the standard cosmological model prediction. A more detailed anaylsis is applied to the largest peaks on the CMB temperature and the Cold Spot. The formalism of the multipolar profiles is used to characterize the shape and geometry of those peaks. Finally, the large-scale anisotropies produced by the Integrated Sachs-Wolfe (ISW) effect are analysed in the last two chapters. In the first one, the claim that the Cold Spot can be originated by the imprint on the CMB temperature of a supervoid is analysed, considering different dark energy models and void geometries. On the other hand, in the last chapter, the ISW effect is detected from the cross-correlation between the CMB temperature and large-scale structure tracers. In particular, the redshift distribution and angular power spectrum of the NRAO VLA Sky Survey (NVSS) are studied in order to have a theoretical model of the angular cross-power spectrum between the CMB temperature and this galaxy catalogue. Some results presented in the latter chapter are included in the çcolaboración Planck en los artículos dedicados al estudio del efecto Sachs-Wolfe integrado.

RESUMEN: En esta tesis doctoral, se analizan las anisotropías de la radiación del fondo cósmico de microondas (FCM) a gran escala. En particular, se estudia la teoría de picos que surgen en campos gaussianos aleatorios sobre una superficie esférica, incluyendo la excentricidad de los picos como parámetro. Dicha teoría se aplica al caso particular del la temperatura y la polarización de la radiación del FCM. Para poder caracterizar los picos, es necesario conocer los campos de las derivadas hasta segundo orden. Tomando como banco de pruebas los datos de la misión Planck de la ESA, se realiza un análisis de las derivadas a diferentes escalas, estudiando aquellos lugares que presentan una mayor desviación del modelo cosmológico estándar. Posteriormente, se realiza un análisis más detallado de los picos que forman las estructuras más grandes del FCM, además de la región conocida como el Cold Spot (mancha fría). El formalismo de los perfiles multipolares, desarrollado previamente, se aplica a dichos picos para poder caracterizar su forma y geometría particular. Finalmente, en los dos últimos capítulos, se procede a estudiar las anisotropías del FCM a gran escala producidas por el efecto Sachs-Wolfe Integrado (ISW). En el primero de ellos, se estudia el efecto producido por un supervacío alineado con el Cold Spot, considerando diferentes modelos de energía oscura y geometrías del vacío. Por otro lado, se estudia la correlación cruzada del la temperatura del FCM y de diferentes trazadores de la estructura a gran escala del Universo. En particular, se modeliza el catálogo de galaxias denominado NRAO VLA Sky Survey (NVSS) en términos de su espectro angular de potencias y de su distribución en redshift, para poder tener un modelo teórico adecuado para describir tanto su auto-correlación, como la cruzada con el FCM. Algunos de los resultados presentados en este último capítulo han sido publicados por la colaboración Planck en los artículos dedicados al estudio del efecto Sachs-Wolfe integrado.