[論文レビュー] Constraining the growth factor with baryon oscillations

D. Sapone, Luca Amendola|ArXiv.org|Sep 18, 2007

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ひとこと要約

本論文は、将来の銀河赤方偏移サーベイにおいてバリオン音響振動（BAO）を用いて、宇宙構造の成長因子をパラメータ化した成長指数γで制約することを提案する。フィッシャー行列予測を用いて、赤方偏移z ≈ 3までをカバーする5,000 deg²の分光的サーベイがΔγ ≈ 0.06の精度でγを測定可能であり、光度的サーベイではΔγ ≈ 0.15の精度にとどまることが示された。これはΛCDMモデルの整合性を検証する強力なテストであり、修正重力モデルへの制約を提供する。

ABSTRACT

The growth factor of linear fluctuations is probably one of the least known quantity in observational cosmology. Here we discuss the constraints that baryon oscillations in galaxy power spectra from future surveys can put on a conveniently parametrized growth factor. We find that spectroscopic surveys of $5000 deg^2$ extending to $z \approx 3$ could estimate the growth index $γ$ within 0.06; a similar photometric survey would give $Δγ\approx 0.15$. This test provides an important consistency check for standard cosmological model and could constrain modified gravity models. We discuss the errors and the figure of merit for various combinations of redshift errors and survey size.

研究の動機と目的

• 宇宙論において poorly measured とされる線形揺らぎの成長因子の制約を改善すること。
• 成長指数γをプローブとして用いて、標準宇宙論モデルの整合性を検証すること。
• 修正重力モデルによる一般相対性理論からのずれに対する、将来の大規模サーベイの感受性を評価すること。
• サーベイの幾何構造、赤方偏移誤差、面積がBAOを用いたγ推定の精度に与える影響を定量化すること。
• 弱引力レンズやSNIaといった他のダークエネルギープローブと比較して、BAOに基づく成長因子測定の制約力の評価。

提案手法

• 銀河パワースペクトルにおけるバリオン音響振動（BAO）法を標準定規として採用し、成長因子G(z)を調査する。
• フィッシャー行列形式を用いて、成長指数γを含む宇宙論的パラメータの制約を予測する。
• 観測された銀河パワースペクトルを赤方偏移、バイアス、赤方偏移空間歪みパラメータβの関数としてモデル化する。
• 分光的（δz = 0）および光度的（δz/z = 0.04）の両方の赤方偏移測定を、複数のサーベイ面積（1000–10,000 deg²）で検討する。
• 2つのケースを分析する：(I) γを固定しw(z)を変動させ、(II) γをw₀とw₁とともに自由パラメータとして扱う。
• サーベイ構成に応じたw₀–γおよびwₚ–w₁パラメータペアの図形的指標（FOM）を計算し、制約力の評価を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の銀河サーベイにおけるバリオン音響振動は、成長指数γに対して競争力のある制約を提供できるか？
• RQ2 γの推定精度は、サーベイ面積、赤方偏移範囲、赤方偏移誤差（分光的対光度的）にどのように依存するか？
• RQ3 BAOに基づく成長因子測定は、DGPモデルのような修正重力モデルとΛCDMモデルをどの程度区別できるか？
• RQ4 将来の実験において、γのFOMは弱引力レンズやSNIaといった他のダークエネルギープローブと比較してどうなるか？
• RQ5 z ≈ 3まで延長する5,000 deg²の分光的サーベイから、γの統計的不確実性はどの程度期待できるか？

主な発見

• z ≈ 3まで延長する5,000 deg²の分光的サーベイは、γの成長指数を、マージナル誤差Δγ ≈ 0.06の精度で制約できる。
• 同様の光度的サーベイでは、赤方偏移の不確実性のため、より大きな誤差Δγ ≈ 0.15が得られる。
• 分光的サーベイでは、サーベイ面積が1,000から10,000 deg²に増加するにつれて、γの誤差が0.099から0.05に減少する。
• 光度的サーベイでは、同じ面積範囲でγの誤差が0.301から0.114に減少する。
• 分光的サーベイでは、4%の赤方偏移誤差を伴う光度的サーベイと比較して、w₀–γのFOMが約4–6倍高い。
• z = 0からz = 1.5までの20,000 deg²のサーベイでは、γの誤差がΔγ ≈ 0.06にまで低下し、弱引力レンズなどの他の主要手法に近い精度に達する。