Placing observational limits on cosmic strings would provide important confirmation of or constraints on early universe models. Cosmic strings imprint the cosmic microwave background (CMB) with a distinct position space signature, leaving line discontinuities in the temperature maps due to a combination of gravitational lensing and the Doppler effect. To improve theoretical observational constraints, I wrote sky map simulations with and without cosmic strings, edge detection and counting algorithms, and programs to differentiate statistically between the ambient edges due to the inflationary background and the string signals. Our application of position space algorithms, specifically the Canny edge detection algorithm, was highly successful and allowed us to establish improved limits, by more than an order of magnitude, on the contribution of cosmic strings to the total fluctuation spectrum from simulated data. We extended our analysis of the Canny algorithm to distinguish between abelian cosmic strings and cosmic superstrings through the presence of three-string junctions in cosmic superstring maps. To this end, I wrote the first simulations of maps with junctions and found a disparity in the density of edges in maps of string networks with and without junctions. This work resulted in a statistic to differentiate between different cosmic string models including string theory models and models with different numbers of cosmic strings. I also modeled the position space polarization signal induced by cosmic string wakes. Due to the gravity of a moving string, matter falls into overdense two dimensional sheets of matter, wakes, behind the string. As photons propagate through the wakes, they encounter this overdensity of ionized matter which can polarize them. In our work we placed the first limits on the CMB polarization signature of cosmic strings including their signature non-linear structures, wakes, and found they would produce an observable signal when used in combination with an algorithm such as the Canny algorithm. The cosmic string wakes lead to a gradient in the intensity of polarization in the shape of the wake, greater at earlier positions of the string. The overdense wakes produced by strings provide more opportunity for the 21 cm hydrogen spin flip as well, so we found that cosmic strings wakes can be observed as three dimensional wedges in maps of 21 cm radiation absorption. Our paper is among the first to study the cosmic string signature in 21 cm and the first to examine the influence of wakes on the 21 cm signal. / La mise en place de limites d'observation sur les cordes cosmiques permettraient de confirmer, ou a tout le moins de contraindre de facon importante, les presents modeles de l'Univers primordial. Les cordes cosmiques impregnent le fond diffus cosmologique (ou CMB) d'une signature distincte dans l'espace, sous forme de discontinuites lineiques dans les cartes de temperatures. Ces dernieres sont dues a une combinaison des effets de lentilles gravitationnelles et de l'effet Doppler. Afin d'ameliorer les contraintes observationnelles theoriques, j'ai ecris des simulations de cartes du ciel avec et sans cordes cosmiques, des algorithmes de detection et de comptages des lignes de discontinuite, ainsi que des programmes permettant de distinguer de facon statistique les lignes de discontinuite produites naturellement dans le contexte de l'inflation cosmique de celles dues a la presence de cordes cosmiques. L'application d'algorithmes dans le domaine spatial (par opposition au domaine des harmoniques spheriques), en particulier l'application de l'algorithme de detection de discontinuites lineiques Canny, fut tres reussie et nous a permis d'etablir des limites ameliorees de plus d'un ordre de grandeur sur la contribution des cordes cosmiques a l'ensemble du spectre de fluctuations pour les donnees simulees. Nous avons etendu notre analyse utilisant l'algorithme Canny pour nous permettre de distinguer les cordes cosmiques abeliennes des supercordes cosmiques en analysant la presence de jonctions de trois cordes dans les cartes de supercordes cosmiques. A cette fin, j'ai ecris les premieres simulations de cartes incorporant ces jonctions et ai constate une disparite dans la densite de lignes de discontinuite detectee dans les cartes de reseaux de cordes avec et sans jonctions. Ce travail m'a permis d'elaborer un modele statistique permettant de differencier les differents modeles de cordes cosmiques, y compris les modeles provenant de la theorie des cordes et les modeles avec differents nombres de cordes cosmiques. J'ai aussi modelise, dans le domaine spatial, le signal de polarisation induit par les sillages de cordes cosmiques. En raison de la geometrie specifique de son champs gravitationnel, une corde cosmique en mouvement cause l'accretion de matiere dans des regions de sur densite bidimentionnelles, ou sillages, derriere elle. Lorsque des photons se propagent a travers ces sillages, ils peuvent etre polarises par leur rencontre avec la region de surdensite de matiere ionisee qui s'ytrouve. Par notre travail, nous avons impose les premieres limites sur la signature possible laissee dans le champs depolarisation du CMB, en incluant les effets de leur structures non-lineaires, c'est-a-dire de leurs sillons, et trouve que ces dernieres produiraient un signal detectable lorsqu'utilisees de concert avec un algorithme tel quel'algorithme Canny. Les sillages d'une corde cosmique donnent naissance a un gradient d'intensite dans le spectre de polarisation present dans la structure des sillages, la polarisation etant plus importante aux points les plus recules dans l'histoire du deplacement de la corde. Les zones de surdensite produites par les sillages des cordes donnent egalement lieu a une gamme d'opportunites concernant la raie d'emission a 21 cm de l'hydrogene. Ainsi, nous avons decouvert que les sillages de cordes pourraient etre observe sous la forme de prismes triangulaires tridimensionnels dans les cartes d'absorption de la raie a 21 cm. Notre article est parmis les premiers a etudier la signature des cordes cosmiques dans le spectre d'absorption de la raie a 21 cm, et est le premier a examiner l'influence possible des sillages sur ce dernier.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.103677 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Danos, Rebecca |
| Contributors | Keshav Dasgupta (Internal/Cosupervisor2), Robert Brandenberger (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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