[論文レビュー] A combined analysis of Lyman-alpha forest, 3D Weak Lensing and WMAP year three data

Julien Lesgourgues, Matteo Viel+2 more|arXiv (Cornell University)|May 4, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、マルコフ連鎖モンテカルロ法を用いて、3次元弱引力レンズ（COSMOS）、リプマン＝アルファフォレスト透過率パワー スペクトル（SDSS/LUQAS）、WMAP CMB データを統合し、ΛCDM フレームワーク内で宇宙論的パラメータをきめ細かく制約した。連携解析により、σ₈ = 0.800 ± 0.023、nₛ = 0.971 ± 0.011、Ωₘ = 0.247 ± 0.016 が得られ、個々のプローブに内在する不確実性とデゲネラシーが顕著に低減された。

ABSTRACT

We present constraints on the amplitude and shape of the matter power spectrum and the density of dark matter within the framework of a standard LambdaCDM model. We use a Markov Chain Monte Carlo approach to combine independent measurements of the three dimensional weak gravitational lensing shear field by the COSMOS survey, of low and high resolution Ly-alpha forest flux power spectrum by SDSS and LUQAS, and of Cosmic Microwave Background temperature and polarization anisotropies by WMAP. We note good agreement between the amplitude of the matter power spectrum on intermediate and small scales as inferred from Ly-alpha forest and lensing data. The Ly-alpha forest data helps to break the sigma_8-Omega_m degeneracy characteristic of weak lensing results, yielding sigma_8 = 0.876 +- 0.048 for COSMOS plus Ly-alpha SDSS data. This is somewhat larger than the value preferred by the WMAP year three CMB data. Combining all three data sets significantly tightens the constraints on sigma_8, the spectral index of primordial density fluctuation n_s, a possible running of the spectral index n_run and the matter density Omega_m. Assuming no running, the joint constraints for COSMOS, SDSS and WMAP are sigma_8 = 0.800 +- 0.023, n_s = 0.971 +- 0.011, Omega_m = 0.247 +- 0.016 (1-sigma error bars).

研究の動機と目的

• 標準的なΛCDMモデルにおける物質パワー スペクトルの振幅と形状の制約を改善すること。
• 弱引力レンズデータのみでは見られるσ₈–Ωₘデゲネラシーを、リプマン＝アルファフォレスト測定を組み込むことで解消すること。
• 3次元弱引力レンズ、リプマン＝アルファフォレスト、CMB非均一性といった独立した宇宙論的プローブを統合し、より強固で高精度なパラメータ推定を行うこと。
• 異なるスケールおよび物理的プロセスから得られる宇宙論的パラメータの整合性を検証すること。

提案手法

• マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）法を用いて、複数の宇宙論的データセットを同時に解析した。
• COSMOS調査による3次元弱引力レンズのシアールフィールドは、小スケールの物質クラスタリングに関する制約を提供する。
• SDSSおよびLUQASの低解像度および高解像度のリプマン＝アルファフォレスト透過率パワー スペクトルは、リプマン＝アルファフォレストの赤方偏移範囲における中間スケールの物質パワーを調査するのに用いられた。
• WMAP 3年間の宇宙マイクロ波背景（CMB）温度および偏光非均一性は、宇宙論的パラメータの大スケール制約を提供した。
• 連携尤度解析により、これらのデータセットを統合し、同時にσ₈、nₛ、Ωₘ、およびスペクトル指数のローリング n_run を制約した。
• 解析では平坦なΛCDMモデルを仮定し、特にσ₈とΩₘの間のパラメータデゲネラシーを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リプマン＝アルファフォレストと弱引力レンズデータによる物質パワー スペクトル振幅σ₈の制約はどのように比較され、デゲネラシーを解消するために統合可能か？
• RQ2 リプマン＝アルファフォレスト、弱引力レンズ、CMB データを統合することで、宇宙論的パラメータ推定の精度にどのような影響を与えるか？
• RQ3 すべての3つのデータセットを統合した解析は、WMAP 3年間CMBデータが支持するσ₈の値を支持するか、それともそれから逸脱するか？
• RQ4 弱引力レンズデータのみと比較して、リプマン＝アルファフォレストデータはΩₘおよびσ₈の制約をどの程度改善するか？
• RQ5 3つのデータセットをすべて統合した場合、スペクトル指数nₛおよびその可能性のあるローリングn_runの連携制約はどのようなものか？

主な発見

• リプマン＝アルファフォレストと3次元弱引力レンズデータは、中間スケールおよび小スケールにおける物質パワー スペクトル振幅の制約において良好な一致を示した。
• リプマン＝アルファフォレストデータを組み込むことで、弱引力レンズ結果に内在するσ₈–Ωₘデゲネラシーが解消され、COSMOSおよびSDSSリプマン＝アルファフォレストデータのみでσ₈ = 0.876 ± 0.048が得られた。
• COSMOSおよびリプマン＝アルファフォレストデータから得られたσ₈の値は、WMAP 3年間CMBデータが支持する値よりも多少大きい傾向にあった。
• COSMOS、SDSSリプマン＝アルファフォレスト、WMAPの3つのデータセットの連携解析により、制約が顕著に厳しくなり、σ₈ = 0.800 ± 0.023が得られた。
• 連携制約では、初期密度フラクチュエーションのスペクトル指数に対してnₛ = 0.971 ± 0.011、物質密度に対してΩₘ = 0.247 ± 0.016が得られた。
• スペクトル指数のローリングがないと仮定した場合、連携解析により不確実性が低減した高精度な宇宙論的パラメータの決定が得られた。