[論文レビュー] Beyond the classical distance-redshift test: cross-correlating redshift-free standard candles and sirens with redshift surveys

Suvodip Mukherjee, B. D. Wandelt|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 20

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移を必要としない標準標準光源（例：光度測定による超新星）と重複する銀河赤方偏移調査を相互相関させることで、赤方偏移ではなく空間的クラスタリングを利用する、強固な宇宙論的手法を提案する。この手法は、光度赤方偏移やタイプの混入がある状況でも、古典的なスペクトロスコピック距離-赤方偏移テストに匹敵またはそれ以上の精度を達成する統計的相互相関を用いることで、性能を上回る。

ABSTRACT

LSST will supply up to $10^6$ supernovae (SNe) to constrain dark energy through the distance-redshift ($D_L$-$z$) test. Obtaining spectroscopic SN redshifts (spec-$z$s) is unfeasible; alternatives are suboptimal and may be biased. We propose a powerful multi-tracer generalization of the Alcock-Paczynski test that pairs redshift-free distance tracers and an overlapping galaxy redshift survey. Cross-correlating $5 imes 10^4$ redshift-free SNe with DESI or Euclid outperforms the classical $D_L$-$z$ test with spec-$z$s for all SN. Our method also applies to gravitational wave sirens or any redshift-free distance tracer.

研究の動機と目的

• 将来のLSSTのような調査で大規模な超新星サンプルのスレクトロスコピック赤方偏移フォローアップの限界を克服すること。
• 超新星に赤方偏移を必要としない宇宙論的テストを開発し、光度測定による超新星の利用を可能にすること。
• SN宇宙論における光度赤方偏移誤差とタイプの混入に対する耐性を高めること。
• 距離と赤方偏移トレーサーのマルチトレーサー相互相関を用いて、アルコフクシー＝パチェンスキー試験を一般化すること。
• 重力波サイレントを含む赤方偏移を必要としない距離指標を用いた宇宙論的パラメータ推定を可能にすること。

提案手法

• 赤方偏移を必要としない標準標準光源（例：測定済みの距離輝度距離を有するSNe）と既知の赤方偏移を持つ銀河の空間的分布を相互相関させ、それらが潜在する物質場における共通のクラスタリングを利用する。
• この手法は、共動距離空間におけるSNeと銀河トレーサー間の等方的2点相関関数のファイドシャルモデルを用いて、アルコフクシー＝パチェンスキー試験を一般化する。
• 宇宙論的パラメータは、ファイドシャルモデルのスケール依存クラスタリングおよび距離-赤方偏移関係に依存する相互相関信号を最大化することで推定される。
• 統計的パワーを高め、ノイズを低減するために、SNeと銀河トレーサーの自己相関および相互相関を組み合わせたマルチトレーサー推定器を用いる。
• SNeの個々の赤方偏移測定に依存しないため、光度赤方偏移誤差やタイプの混入に対して耐性がある。
• クラスタリングバイアスとショットノイズを考慮し、非線形赤方偏移空間歪みやモデル近似に対して敏感でない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河赤方偏移調査との相互相関を活用することで、スペクトロスコピック赤方偏移を必要としない超新星を用いて、宇宙論的パラメータを正確に制約できるか。
• RQ2 この相互相関手法の性能は、スペクトロスコピック赤方偏移を用いた古典的距離-赤方偏移テストと比べてどうか。
• RQ3 この手法は、光度赤方偏移誤差や非Ia型超新星の混入に対してどの程度耐性を示すか。
• RQ4 この手法は、二重ブラックホール合体からの重力波サイレントなどの他の赤方偏移を必要としない距離指標へ一般化可能か。
• RQ5 クラスタリングバイアスや非線形効果が、この相互相関フレームワークにおける推定器の最適性とバイアスに与える影響は何か。

主な発見

• 本手法は、5 × 10^4個の赤方偏移を必要としないSNeと400万個の赤方偏移を持つ銀河カタログのみを用いても、古典的なスペクトロスコピック $D_L$–$z$ テストと同等またはそれ以上の宇宙論的パラメータ制約を達成する。
• 現実的なクラスタリングバイアスと2000万個の銀河を含む銀河調査を用いた場合、本手法は標準 $D_L$–$z$ テストのスペクトロスコピックSNeサンプルにおける性能を上回るか、同等の性能を発揮する。
• 本手法は、個々のSNeの赤方偏移測定を必要としないため、光度赤方偏移誤差やタイプの混入に対して本質的に耐性がある。
• 非線形赤方偏移空間歪みを無視する近似を無視する場合の感度が低いため、相互相関手法はそのような近似に対して敏感でない。
• 本手法は、ゼロでない相関がすべての距離差で存在する（ゼロでのみでない）ファイドシャル相関関数を含む、マルチトレーサー枠組みにアルコフクシー＝パチェンスキー試験を一般化する。
• 本手法は、二重ブラックホール合体からの重力波サイレントなどの他の赤方偏移を必要としない距離トレーサーにも適用可能であり、宿主銀河の赤方偏移が不要な宇宙論を可能にする。