[論文レビュー] Cosmological Information in the Marked Power Spectrum of the Galaxy Field

Elena Massara, Francisco Villaescusa-Navarro+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、赤方偏移空間における銀河場のマーク付きパワー スペクトルの宇宙論的情報含量を調査し、4種類の異なる密度重み付けスキームを用いる。Quijote シミュレーションのMolinoモックカタログを用いてフィッシャー行列解析を実施した結果、マーク付きパワー スペクトルは宇宙論的パラメータの制約を改善し、Ωm、Ωb、h、ns、Mν については15–25%の誤差縮小を達成。σ8 については2倍の改善が得られ、標準パワー スペクトルと組み合わせることで、σ8 に関しては最大6倍の改善が見込まれる。

ABSTRACT

Marked power spectra are two-point statistics of a marked field obtained by weighting each location with a function that depends on the local density around that point. We consider marked power spectra of the galaxy field in redshift space that up-weight low density regions, and perform a Fisher matrix analysis to assess the information content of this type of statistics using the Molino mock catalogs built upon the Quijote simulations. We identify four different ways to up-weight the galaxy field, and compare the Fisher information contained in their marked power spectra to the one of the standard galaxy power spectrum, when considering monopole and quadrupole of each statistic. Our results show that each of the four marked power spectra can tighten the standard power spectrum constraints on the cosmological parameters $Ω_{ m m}$, $Ω_{ m b}$, $h$, $n_s$, $M_ν$ by $15-25\%$ and on $σ_8$ by a factor of 2. The same analysis performed by combining the standard and four marked power spectra shows a substantial improvement compared to the power spectrum constraints that is equal to a factor of 6 for $σ_8$ and $2.5-3$ for the other parameters. Our constraints may be conservative, since the galaxy number density in the Molino catalogs is much lower than the ones in future galaxy surveys, which will allow them to probe lower density regions of the large-scale structure.

研究の動機と目的

• マーク付きパワー スペクトルの宇宙論的情報含量を、特に赤方偏移空間において評価すること。
• 異なる密度重み付けスキーム（マーク）がマーク付きパワー スペクトルの情報含量に与える影響を評価すること。
• 宇宙論的パrameter推定において、マーク付きパワー スペクトルのフィッシャー情報と標準銀河パワー スペクトルを比較すること。
• 低密度領域におけるショットノイズおよびサンプリング効果に対するマーク付きパワー スペクトルの制約のロバストネスをテストすること。
• マーク付きパワー スペクトルと標準パワー スペクトルを組み合わせることで、宇宙論的パラメータ制約に相乗効果が得られるかどうかを特定すること。

提案手法

• 赤方偏移空間において、銀河位置を密度依存のマーク（例：逆密度、滑らかにした密度閾値）で重みづけし、4種類の異なるマーク付き場を構築する。
• 各マークについて、マーク付き場の2点相関関数のフーリエ変換を用いてマーク付きパワー スペクトルを計算する。
• 標準パワー スペクトルとマーク付きパワー スペクトルのモノポールおよびミニマル成分に対してフィッシャー行列解析を実施し、宇宙論的パラメータの制約を予測する。
• Quijote シミュレーションのMolinoモック銀河カタログを用いて、さまざまな数密度を持つ現実的な銀河分布を生成する。
• 部分的なモックから導出された微分推定器を用いて、フィッシャー予測の収束性をテストし、系統的誤差を評価する。
• 銀河カタログを50%および75%にサブサンプリングし、再びマーク付きパワー スペクトルを計算することで、トレーサー密度に依存する感度を評価する。ショットノイズのロバストネスをテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マーク付きパワー スペクトルは、標準銀河パワー スペクトルに比べて、どの程度追加の宇宙論的情報を提供するか？
• RQ2 4つのマーク付きパワー スペクトル定義のうち、どの定義が宇宙論的パラメータの制約に対して最も強いのか？
• RQ3 マーク付きパワー スペクトルと標準パワー スペクトルを組み合わせることで、個々の統計量に比べてどの程度パラメータ制約が向上するか？
• RQ4 低トレーサー密度領域におけるショットノイズおよびサンプリング効果に対して、マーク付きパワー スペクトルの制約はどの程度ロバストか？
• RQ5 さまざまなマーク関数（例：R依存、δs閾値付き）が、マーク付きパワー スペクトルの情報含量に与える影響は何か？

主な発見

• 4つのマーク付きパワー スペクトルのいずれも、標準パワー スペクトルに比べてΩm、Ωb、h、ns、Mν の制約を15–25%改善する。
• マーク付きパワー スペクトルは、標準パワー スペクトルに比べてσ8の制約を2倍に改善する。
• 標準パワー スペクトルと4つのマーク付きパワー スペクトルを組み合わせることで、Ωm、Ωb、h、ns、Mν の制約が2.5–3倍に改善される。
• 標準パワー スペクトルとマーク付きパワー スペクトルを組み合わせることで、σ8の制約は標準パワー スペクトル単体に比べて6倍に改善される。
• 銀河密度を元の50%または75%にサブサンプリングしても、マージナライズド誤差制約に変化がないことから、ショットノイズに対してロバストである。
• 微分推定の系統的誤差は統計的誤差に比べて小さく、さまざまな推定器タイプやモックサンプルサイズにおいてフィッシャー予測結果は安定している。