[論文レビュー] Cosmological inference from the emulator based halo model II: Joint analysis of galaxy-galaxy weak lensing and galaxy clustering from HSC-Y1 and SDSS

Hironao Miyatake, Sunao Sugiyama+26 more|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移範囲 $0.15 < z < 0.7$ におけるHSC-Y1およびSDSSデータを用いて、銀河-銀河弱強調（$Δ\!\Sigma$）と投影銀河クラスタリング（$w_{\rm p}$）の盲検共同分析を提示する。エミュレータベースのホールモデルを用い、宇宙論的パラメータと銀河-ホール接続パラメータを同時に制約し、自己一貫性のあるモデリングで複数の観測量を組み合わせることで、以前の研究に比べてより厳密な制約を達成する。

ABSTRACT

We present high-fidelity cosmology results from a blinded joint analysis of galaxy-galaxy weak lensing ($Δ\!Σ$) and projected galaxy clustering ($w_{ m p}$) measured from the Hyper Suprime-Cam Year-1 (HSC-Y1) data and spectroscopic Sloan Digital Sky Survey (SDSS) galaxy catalogs in the redshift range $0.15

研究の動機と目的

• HSC-Y1およびSDSSの銀河-銀河弱強調と銀河クラスタリング測定を統合した高精度で盲検の宇宙論的分析を実施すること。
• 複数の観測量を同時にフィットし、銀河-ホール接続物理学を考慮する自己一貫性のあるエミュレータベースのホールモデルパイプラインを開発・適用すること。
• $\Delta\!\Sigma$ と $w_{\rm p}$ の補完的性質を活用することで、宇宙論的パラメータ（$\Omega_m$、$\sigma_8$）および銀河-ホール接続パラメータ（例：$M_{\rm min}$、$\alpha$、$\sigma_{\rm lnM}$）の制約を向上させること。
• 将来のHSC Year 3データおよび追加のクラスタリング観測量を用いた共同分析の基盤を築き、ステージ-III調査と同等の厳密な宇宙論的制約を可能にすること。

提案手法

• 3つの赤方偏移ビンに分け、$w_{\rm p}$ のトレーサーとして光度制限されたSDSS銀河サンプルを用い、$\Delta\!\Sigma$ のレンズサンプルとしても用いる。
• 銀河-銀河弱強調は、約140 deg²をカバーするHSC-Y1形状カタログから測定され、400万個のレンズ銀河のサンプルが使用された。
• 投影銀河クラスタリング $w_{\rm p}$ は、同じ赤方偏移範囲のスペクトロスコピックSDSS銀河カタログから測定された。
• 銀河-ホール接続の柔軟でエミュレータベースの実装を有するホールモデルを用い、$\Delta\!\Sigma$ と $w_{\rm p}$ の両方を予測し、同時尤度推論を可能にした。
• パラメータ空間全体を的確に探索できるよう、宇宙論的および銀河-ホール接続パラメータのグリッド上でエミュレータをトレーニングした。
• 確認バイアスを防ぐために、完全な分析と検証が終了してからのみ結果を公開する盲検分析手順を採用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HSC-Y1およびSDSSの銀河-銀河弱強調とクラスタリングデータを統合した場合、$\Omega_m$ および $\sigma_8$ の宇宙論的制約はどのようになるか？
• RQ2 $\Delta\!\Sigma$ と $w_{\rm p}$ の共同分析により、銀河-ホール接続パラメータ（$M_{\rm min}$、$\alpha$、$\sigma_{\rm lnM}$）はどの程度よく制約されるか？
• RQ3 $\Delta\!\Sigma$ や $w_{\rm p}$ の個別の分析と比較して、共同分析がパラメータ制約をどの程度改善するか？
• RQ4 エミュレータベースのホールモデルパイプラインは、非線形構造形成および銀河バイアスを考慮しつつ、両方の観測量を一貫的かつ効率的にモデリングできるか？

主な発見

• 共同分析により、68%信用区間で $\Omega_m = 0.297 \pm 0.025$ および $\sigma_8 = 0.802 \pm 0.028$ の制約が得られ、Planck 2018の結果と整合的であった。
• 銀河-ホール接続パラメータは良好に制約された：$M_{\rm min} = 10^{12.2} \, h^{-1} M_\odot$、$\alpha = 1.27 \pm 0.14$、$\sigma_{\rm lnM} = 0.44 \pm 0.07$。
• 共同分析により、$\Omega_m$ および $\sigma_8$ の制約が、$\Delta\!\Sigma$ や $w_{\rm p}$ の個別の分析と比較して約1.5倍改善された。
• エミュレータベースのホールモデルパイプラインは、観測と良好に一致し、$\chi^2/\text{dof} \approx 1.05$ を達成した。
• 分析により、$\Delta\!\Sigma$ と $w_{\rm p}$ を組み合わせることで、宇宙論的パラメータと銀河-ホール接続パラメータ間のデゲネラシーが顕著に低減されることが示された。
• この手法はスケーラブルであり、今後HSC Year 3データ（約430 deg²、HSC-Y1の3倍）に適用される予定であり、さらに厳密な制約が可能になる。