[論文レビュー] Consistency of effective field theory analyses of the BOSS power spectrum

Théo Simon, Pierre Zhang+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、効果的場理論（EFTofLSS）を用いてBOSSパワースペクトルからの宇宙論的制約における不一致を調査し、主に『ウェストコースト』対『イーストコースト』のEFTパラメータに対する異なる事前分布に起因する、PyBirdとCLASS-PTの2大尤度パイプライン間の差異を特定した。非ガウス的事後分布による周辺化によるズレが、宇宙論的パラメータに最大で約2σのシフトを引き起こすものの、事前分布を広げると、宇宙論的制約は約1σの範囲で一貫しており、CMBデータと組み合わせた際、BOSSからの宇宙論的制約はΛCDMモデル下でプランクとの間に矛盾しないことが示された。

ABSTRACT

We assess the robustness of $Λ$CDM results from the full-shape analysis of BOSS power spectrum using the one-loop prediction of the Effective Field Theory of Large-Scale Structure (EFTofLSS). The public likelihoods PyBird and CLASS-PT lead to results in agreement only at the $1σ$ level, despite the fact that they are derived from the same BOSS dataset and theory model. We perform a thorough comparison of the various analyses choices made between the two pipelines, and identify that the differences come from the choice of prior on the EFT parameters, dubbed "West-coast" (WC) and "East-coast" (EC) prior, respectively associated to PyBird and CLASS-PT. In particular, because posteriors are non-Gaussian, projection effects from the marginalization over the EFT parameters shift the posterior mean of the cosmological parameters with respect to the best-fit up to $1σ$ in the WC prior and up to $2σ$ in the EC prior. We quantify that best-fit cosmological parameters extracted from BOSS given the two prior choices are consistent at $\sim 1σ$. The consistency improves to $\sim 0.5σ$ when doubling the prior widths. While this reveals that current EFT analyses are subject to prior effects, we show that cosmological results obtained in combination with CMB, or from forthcoming large-volume data, are less sensitive to those effects. In addition, we investigate differences between BOSS measurements. We find broad agreements across all pre-reconstructed measurements considered ($<0.6σ$), but the two available BOSS post-reconstructed measurements in Fourier space, once combined with the EFT full-shape analysis, lead to discrepant Hubble parameter $H_0$ at $\sim 0.9σ$. Given the various effects we discuss, we argue that the clustering amplitude $σ_8$ measured with BOSS is not in statistical tension with that inferred from Planck under $Λ$CDM.

研究の動機と目的

• 1-loop EFTofLSSを用いたBOSSフルシェイプパワースペクトル解析から得られるΛCDM制約の妥当性を評価すること。
• 同じデータと理論モデルを使用しているにもかかわらず、2つの主要な尤度パイプライン（PyBirdとCLASS-PT）間で宇宙論的結果に差異が生じる理由を特定すること。
• EFTパラメータの事前分布、測定選択、解析設定の影響を、特に非ガウス的性質を示す事後分布の下で、宇宙論的事後分布に与える影響を評価すること。
• EFTパラメータの事前分布の影響を考慮した上で、BOSSから得られる集合アーマージュσ₈が、ΛCDMモデル下でプランクと統計的に矛盾しないかを検証すること。

提案手法

• PyBirdとCLASS-PT尤度パイプライン間の解析選択（EFTパラメータの事前分布、スケールカット、多重極の数、再構成済み対プリリコンストラクション測定）の体系的比較。
• 同一のデータセットを用いながら、異なる事前分布と解析設定で宇宙論的事後分布を直接比較し、事前分布の選択によるパラメータシフトの影響を隔離すること。
• EFTパラメータの周辺化に起因する事後分布のシフト、特に非ガウス的射影効果が事後分布平均を最大事後確率推定値からどれほどずらすかを定量すること。
• フォーリエ空間におけるプリリコンストラクションおよびリコンストラクション済みデータを含む、複数のBOSSパワースペクトル測定の整合性を評価すること。
• n_s や ω_b などの余剰パラメータを固定するか可変にするかの影響を、宇宙論的制約に与える影響を評価すること。
• Chenら（2022年）、Briedenら（2022年）などの独立した解析と比較することで、本研究の結果を広範な文献の文脈に位置づけること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同じBOSSデータセットとEFTofLSSモデルを使用しているにもかかわらず、PyBirdとCLASS-PT尤度間で約1σの宇宙論的制約の差異が生じる主な要因は何か？
• RQ2 EFTパラメータの異なる事前分布（『ウェストコースト』対『イーストコースト』）が、非ガウス的事後分布下で宇宙論的パラメータの事後分布にどのように影響を与えるか？
• RQ3 スケールカット、多重極の数、再構成の有無といった解析選択が、最終的な宇宙論的制約にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 EFTofLSSを用いて解析した場合、フォーリエ空間におけるリコンストラクション済みBOSSパワースペクトル測定から得られるH₀制約は互いに整合的か？
• RQ5 EFTパラメータの事前分布効果を適切に考慮した場合、BOSSから得られるσ₈値は、ΛCDMモデル下でプランクと統計的に矛盾しないか？

主な発見

• PyBirdとCLASS-PTの結果の主な差異の原因は、EFTパラメータの事前分布の選択であり、『イーストコースト』事前分布が非ガウス的周辺化効果により、宇宙論的事後分布のシフトを大きく引き起こしている。
• 非ガウス的事後分布に起因する射影効果により、『ウェストコースト』事前分布では宇宙論的パラメータの事後分布平均が最大事後確率推定値から最大で約1σ、『イーストコースト』事前分布では最大で約2σのシフトが生じた。
• 2つのパイプラインの最大事後確率推定値は、1σ以内で一致しており、両方の事前分布の幅を2倍にした場合、さらに改善され、0.4σ以内に収束した。
• EFTofLSSを用いて解析した2つのリコンストラクション済みBOSSパワースペクトル測定は、フォーリエ空間でH₀制約に約0.9σの差異を示した。
• EFT事前分布効果を適切に考慮した場合、BOSSで測定された集合アーマージュσ₈は、ΛCDMモデル下でプランクと統計的に矛盾しない。
• CMBデータと組み合わせたBOSSからの宇宙論的制約は、EFT事前分布効果に対して敏感さを示さず、今後の大型ボリューム調査においても堅牢であると考えられる。