[論文レビュー] Cosmic Void Baryon Acoustic Oscillation Measurement: Evaluation of Sensitivity to Selection Effects

D. Forero-Sánchez, Cheng Zhao+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 39被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、定常半径のバイトカットと局所密度に依存する半径カットの2つの方法を比較し、宇宙空洞に基づくバリオンアコースティック振動（BAO）測定の選択効果への感受性を評価する。定常カットは中程度の不完全性（<20%）に対して頑健であるが、局所カットは特に希薄または径方向に不完全な調査において大スケール空洞除外バイアスを顕著に低減し、信号の有意性を損なわず、より正確なBAOスケール測定を可能にする。

ABSTRACT

Cosmic voids defined as a subset of Delaunay Triangulation (DT) circumspheres have been used to measure the Baryon Acoustic Oscillations (BAO) scale; providing tighter constraints on cosmological parameters when combined with matter tracers. These voids are defined as spheres larger than a given radius threshold, which is constant over the survey volume. However, the response of these void tracers to observational systematics has not yet been studied. In this work we analyse the response of void clustering to selection effects. We find for the case of moderate (<20 per cent) incompleteness, void selection based on a constant radius cut yields robust measurements. This is particularly true for BAO-reconstructed galaxy samples, where large-scale void exclusion effects are mitigated. Moreover, we observe for the case of severe (up to 90 per cent) incompleteness -- such as can be found at the edges of the radial selection function -- that an accurate estimation of the void distribution is necessary for unbiased clustering measurements. In addition, we find that without reconstruction, using a constant threshold under these conditions produces a stronger void exclusion effect that can affect the clustering on large scales. A new void selection criteria dependent on the (local) observed tracer density that maximises the BAO peak significance prevents the aforementioned exclusion features from contaminating the BAO signal. Finally, we verify, with large simulations including light cone evolution, that both void sample definitions (local and constant) yield unbiased and consistent BAO scale measurements.

研究の動機と目的

• 選択効果、特に調査の不完全性が、宇宙空洞を用いたBAO測定に与える影響を評価すること。
• 定常半径カットと局所密度に依存する半径カットの2つの空洞選択手法の頑健性を比較すること。
• 特に不完全または不均一な調査において、空洞のクラスタリングが現実の観測系統的要因のもとで偏りを示さないかを確認すること。
• 再構成済みおよび非再構成済みの銀河サンプルにおける空洞ベースのBAO測定の性能を評価すること。
• 両方の空洞選択手法がライトコーンシミュレーションにおいて一貫性があり、バイアスのないBAOスケール測定をもたらすかを検証すること。

提案手法

• 銀河分布における単体の外接球として空洞を特定するDelaunayトライアングレーション空洞検出器（Dive）を用いる。
• 2つの空洞選択基準を適用する：(1) 定常半径しきい値（R > Rc）、および (2) 局所密度に依存する半径（R > γ × n_gal(x)^ν）。
• MD-PatchyライトコーンシミュレーションとBOSS DR12データを用い、さまざまな不完全性レベルにおけるクラスタリング反応をテストする。
• 異なる選択スキームと赤方偏移領域における空洞-銀河、銀河-銀河、空洞-空洞相関関数を比較する。
• 各トレーサー密度に対して、局所カットのパラメータ（γ, ν）を最適化するために信号対ノイズ比（SNR）最大化を用いる。
• BAOピークの有意性とαパラメータの回復を評価し、測定バイアスと精度を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中程度の不完全性（<20%）は、定常半径空洞選択を用いたBAO測定にどのように影響するか？
• RQ2 径方向選択関数の端効果を含む重度の不完全性は、空洞クラスタリングとBAO信号回復にどのような影響を及えるか？
• RQ3 局所密度に依存する空洞選択基準は、定常半径カットと比較して大スケール空洞除外効果をどれほど低減するか？
• RQ4 空洞の再構成は、選択効果下でのBAO測定の頑健性にどのように影響するか？
• RQ5 定常および局所空洞選択手法は、現実的なライトコーンシミュレーションにおいて、バイアスのない一貫性のあるBAOスケール測定を可能にするか？

主な発見

• 中程度の不完全性（<20%）では、定常半径空洞カットは、特に再構成済み銀河サンプルにおいて、頑健でバイアスのないBAO測定をもたらす。
• 重度の不完全性（最大90%）では、定常半径カットが大スケールで強い空洞除外効果を引き起こし、BAO信号をバイアスする。
• 局所密度に依存する空洞選択基準（R > γ × n_gal(x)^ν）は、空洞除外特徴を効果的に抑制し、均一なPatchyシミュレーションと整合するクラスタリングを実現する。
• 局所カットは、銀河-銀河自己相関でさえも上回る、空洞-銀河相互相関におけるBAOピークの信号対ノイズ比を達成する。
• ライトコーンシミュレーションにおいて、定常および局所空洞選択手法の両方が、αパラメータの回復にバイアスがなく、BAOスケール測定精度に顕著な差がない。
• 再構成後、空洞除外効果は顕著に低減し、BOSS DR12のような高密度でLRGに類似したサンプルでは、定常カットでも頑健なBAO測定が可能になる。