Primordial features, in particular oscillatory signals, imprinted in the primordial power spectrum of density perturbations represent a clear window of opportunity for detecting new physics at high-energy scales. Future spectroscopic and photometric measurements from the $Euclid$ space mission will provide unique constraints on the primordial power spectrum, thanks to the redshift coverage and high-accuracy measurement of nonlinear scales, thus allowing us to investigate deviations from the standard power-law primordial power spectrum. We consider two models with primordial undamped oscillations superimposed on the matter power spectrum, one linearly spaced in $k$-space the other logarithmically spaced in $k$-space. We forecast uncertainties applying a Fisher matrix method to spectroscopic galaxy clustering, weak lensing, photometric galaxy clustering, cross correlation between photometric probes, spectroscopic galaxy clustering bispectrum, CMB temperature and $E$-mode polarization, temperature-polarization cross correlation, and CMB weak lensing. We also study a nonlinear density reconstruction method to retrieve the oscillatory signals in the primordial power spectrum. We find the following percentage relative errors in the feature amplitude with $Euclid$ primary probes for the linear (logarithmic) feature model: 21% (22%) in the pessimistic settings and 18% (18%) in the optimistic settings at 68.3% confidence level (CL) using GC$_{\rm sp}$+WL+GC$_{\rm ph}$+XC. Combining all the sources of information explored expected from $Euclid$ in combination with future SO-like CMB experiment, we forecast ${\cal A}_{\rm lin} \simeq 0.010 \pm 0.001$ at 68.3% CL and ${\cal A}_{\rm log} \simeq 0.010 \pm 0.001$ for GC$_{\rm sp}$(PS rec + BS)+WL+GC$_{\rm ph}$+XC+SO-like both for the optimistic and pessimistic settings over the frequency range $(1,\,10^{2.1})$.

Future data provided by the \Euclid mission will allow us to better understand the cosmic history of the Universe. A metric of its performance is the figure-of-merit (FoM) of dark energy, usually estimated with Fisher forecasts. The expected FoM has previously been estimated taking into account the two main probes of \Euclid, namely the three-dimensional clustering of the spectroscopic galaxy sample, and the so-called 3$\times$2\,pt signal from the photometric sample (i.e., the weak lensing signal, the galaxy clustering, and their cross-correlation). So far, these two probes have been treated as independent. In this paper, we introduce a new observable given by the ratio of the (angular) two-point correlation function of galaxies from the two surveys. For identical (normalised) selection functions, this observable is unaffected by sampling noise, and its variance is solely controlled by Poisson noise. We present forecasts for \Euclid where this multi-tracer method is applied and is particularly relevant because the two surveys will cover the same area of the sky. This method allows for the exploitation of the combination of the spectroscopic and photometric samples. When the correlation between this new observable and the other probes is not taken into account, a significant gain is obtained in the FoM, as well as in the constraints on other cosmological parameters. The benefit is more pronounced for a commonly investigated modified gravity model, namely the $\gamma$ parametrisation of the growth factor. However, the correlation between the different probes is found to be significant and hence the actual gain is uncertain. We present various strategies for circumventing this issue and still extract useful information from the new observable.

LensMC is a weak lensing shear measurement method developed for Euclid and Stage-IV surveys. It is based on forward modelling to deal with convolution by a point spread function with comparable size to many galaxies; sampling the posterior distribution of galaxy parameters via Markov Chain Monte Carlo; and marginalisation over nuisance parameters for each of the 1.5 billion galaxies observed by Euclid. The scientific performance is quantified through high-fidelity images based on the Euclid Flagship simulations and emulation of the Euclid VIS images; realistic clustering with a mean surface number density of 250 arcmin$^{-2}$ ($I_{\rm E}<29.5$) for galaxies, and 6 arcmin$^{-2}$ ($I_{\rm E}<26$) for stars; and a diffraction-limited chromatic point spread function with a full width at half maximum of $0.^{\!\prime\prime}2$ and spatial variation across the field of view. Objects are measured with a density of 90 arcmin$^{-2}$ ($I_{\rm E}<26.5$) in 4500 deg$^2$. The total shear bias is broken down into measurement (our main focus here) and selection effects (which will be addressed elsewhere). We find: measurement multiplicative and additive biases of $m_1=(-3.6\pm0.2)\times10^{-3}$, $m_2=(-4.3\pm0.2)\times10^{-3}$, $c_1=(-1.78\pm0.03)\times10^{-4}$, $c_2=(0.09\pm0.03)\times10^{-4}$; a large detection bias with a multiplicative component of $1.2\times10^{-2}$ and an additive component of $-3\times10^{-4}$; and a measurement PSF leakage of $\alpha_1=(-9\pm3)\times10^{-4}$ and $\alpha_2=(2\pm3)\times10^{-4}$. When model bias is suppressed, the obtained measurement biases are close to Euclid requirement and largely dominated by undetected faint galaxies ($-5\times10^{-3}$). Although significant, model bias will be straightforward to calibrate given the weak sensitivity.

The Euclid mission of the European Space Agency will deliver weak gravitational lensing and galaxy clustering surveys that can be used to constrain the standard cosmological model and extensions thereof. We present forecasts from the combination of these surveys on the sensitivity to cosmological parameters including the summed neutrino mass $M_\nu$ and the effective number of relativistic species $N_{\rm eff}$ in the standard $\Lambda$CDM scenario and in a scenario with dynamical dark energy ($w_0 w_a$CDM). We compare the accuracy of different algorithms predicting the nonlinear matter power spectrum for such models. We then validate several pipelines for Fisher matrix and MCMC forecasts, using different theory codes, algorithms for numerical derivatives, and assumptions concerning the non-linear cut-off scale. The Euclid primary probes alone will reach a sensitivity of $\sigma(M_\nu)=$56meV in the $\Lambda$CDM+$M_\nu$ model, whereas the combination with CMB data from Planck is expected to achieve $\sigma(M_\nu)=$23meV and raise the evidence for a non-zero neutrino mass to at least the $2.6\sigma$ level. This can be pushed to a $4\sigma$ detection if future CMB data from LiteBIRD and CMB Stage-IV are included. In combination with Planck, Euclid will also deliver tight constraints on $\Delta N_{\rm eff}< 0.144$ (95%CL) in the $\Lambda$CDM+$M_\nu$+$N_{\rm eff}$ model, or $\Delta N_{\rm eff}< 0.063$ when future CMB data are included. When floating $(w_0, w_a)$, we find that the sensitivity to $N_{\rm eff}$ remains stable, while that to $M_\nu$ degrades at most by a factor 2. This work illustrates the complementarity between the Euclid spectroscopic and imaging/photometric surveys and between Euclid and CMB constraints. Euclid will have a great potential for measuring the neutrino mass and excluding well-motivated scenarios with additional relativistic particles.

Abstract We present the results of a set of cosmological N-body simulations with standard ΛCDM cosmology but characterized by a scale-dependent primordial non-Gaussianity of the local type featuring a power-law dependence of the f NL loc ( k ) at large scales followed by a saturation to a constant value at smaller scales where non-linear growth leads to the formation of collapsed cosmic structures. Such models are built to ensure consistency with current Cosmic Microwave Background bounds on primordial non-Gaussianity yet allowing for large effects of the non-Gaussian statistics on the properties of non-linear structure formation. We show the impact of such scale-dependent non-Gaussian scenarios on a wide range of properties of the resulting cosmic structures, such as the non-linear matter power spectrum, the halo and sub-halo mass functions, the concentration-mass relation, the halo and void density profiles, and we highlight for the first time that some of these models might mimic the effects of Warm Dark Matter for several of such observables.