[論文レビュー] Core Cosmology Library: Precision Cosmological Predictions for LSST

Nora Elisa Chisari, David Alonso+28 more|Edinburgh Research Explorer (University of Edinburgh)|Dec 14, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 126被引用数 52

ひとこと要約

Core Cosmology Library (CCL) は、LSST 向けに距離、パワースペクトル、相関関数、ハロー統計量を含む高精度の宇宙論予測を提供し、独立したコードとの厳密な検証を行っています。オープンソース（C with Python interface）で、LSST規模の解析に対して検証済みです。

ABSTRACT

The Core Cosmology Library (CCL) provides routines to compute basic cosmological observables to a high degree of accuracy, which have been verified with an extensive suite of validation tests. Predictions are provided for many cosmological quantities, including distances, angular power spectra, correlation functions, halo bias and the halo mass function through state-of-the-art modeling prescriptions available in the literature. Fiducial specifications for the expected galaxy distributions for the Large Synoptic Survey Telescope (LSST) are also included, together with the capability of computing redshift distributions for a user-defined photometric redshift model. A rigorous validation procedure, based on comparisons between CCL and independent software packages, allows us to establish a well-defined numerical accuracy for each predicted quantity. As a result, predictions for correlation functions of galaxy clustering, galaxy-galaxy lensing and cosmic shear are demonstrated to be within a fraction of the expected statistical uncertainty of the observables for the models and in the range of scales of interest to LSST. CCL is an open source software package written in C, with a python interface and publicly available at https://github.com/LSSTDESC/CCL.

研究の動機と目的

• LSST規模の解析のための標準的な宇宙論観測量の高精度予測を提供する。
• 距離、成長、パワー・スペクトル、2点相関量に対する最先端のモデリングを、複数の宇宙論に跨って組み込む。
• 独立したソフトウェアとの比較によって各観測量の数値精度を検証し、信頼性のある不確実性予算を確立する。
• 標準的な LSST 銀河分布と、写真観測調査のユーザー定義赤方偏移分布をサポートする。
• 外部ツール（例：CLASS、Cosmic Emulator）との相互運用性を可能にし、修正重力モデル拡張の可能性を開く。

提案手法

• 平坦および曲率を持つ LCDM および wCDM 宇宙論に対して、ハッブルパラメータ H(a) と背景量を計算する。
• CLASS、Cosmic Emulator、またはバリオン補正モデルを用いた単純なハローモデル手法で、物質パワー・スペクトル P(k,z) を予測する。
• 転送関数と視線積分を用いて、探索対象（数え上げ、銀河形状、CMBレンズ効果）にわたる2点角力スペクトルおよび相関関数を計算する。
• 成長関数 D(a) および f(a) を、成長微分方程式を Runge-Kutta 法で解き、加速スプラインで補間して提供する。
• 非ゼロ曲率、大質量ニュートリノ、進化するダークエネルギー（CPL）、Δf(a) を介した修正成長関数などの拡張を組み込む。
• 独立したソフトウェアと比較して予測を検証し、各観測量の数値精度を文書化する。）

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準宇宙論および拡張宇宙論における距離、成長、2点統計の CCL 予測の数値精度はどれくらいか。
• RQ2 LSST関連観測量に対して、CCL 出力は独立したパッケージ（例：CLASS、Cosmic Emulator）とどれくらい一致するか。
• RQ3 現実的な調査仕様の下で、galaxy clustering、weak lensing およびそれらのクロス相関のLSST ready予測をCCLは提供できるか。
• RQ4 角度空間の計算時に、massive neutrinos、曲率、進化するダークエネルギーといった拡張に対する CC L の予測の堅牢性はどれくらいか。
• RQ5 外部の重力コードやエミュレータと併用する際の実践的な指針と制限は何か。

主な発見

• 各観測量について独立したソフトウェアとの厳密なクロスバリデーションにより、CCL は高い数値精度を達成する。
• galaxy clustering、galaxy–galaxy lensing、cosmic shear の予測は、LSST規模の解析で想定される統計的不確実性のごく一部の範囲内であることが示されている。
• CCL は複数の宇宙論（平坦/非平坦 LCDM、CPL ダークエネルギー、質量ニュートリノ）をサポートし、拡張モデルのために外部ツールと連携できる。
• プローブ間の2点相関は non-Limber の計算や、密度、RSD、拡大効果などのさまざまな寄与を含み、堅牢な LSST モデリングを実現する。
• 物質パワー・スペクトルに対するAGNフィードバックと断熱冷却を説明するため、有効 BCM パラメータ化を介してバリオン効果を組み込んで、AGN フィードバックと断熱冷却を考慮している。
• CCL はオープンソース（C with Python）で公開されており、LSST DESC のパイプラインや広範な宇宙論研究への統合を可能にする。