[論文レビュー] Cosmology from large-scale structure: Constraining $Λ$CDM with BOSS

Tilman Tröster, Ariel G. Sánchez+10 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Sep 24, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 33被引用数 46

ひとこと要約

この論文は BOSS DR12 の異方性銀河クラスタリングを全形状情報で再分析し、平坦な ΛCDM を制約し、Planck との整合性を検証し、KV450 弱レンズと組み合わせて制約を改善し、クロスプローブの緊張を評価する。

ABSTRACT

We reanalyse the anisotropic galaxy clustering measurement from the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), demonstrating that using the full shape information provides cosmological constraints that are comparable to other low-redshift probes. We find $Ω_\mathrm{m} = 0.317^{+0.015}_{-0.019}$, $σ_8 = 0.710\pm 0.049$, and $h = 0.704\pm 0.024$ for flat $Λ$CDM cosmologies using uninformative priors on $Ω_\mathrm{c}h^2$, $100θ_\mathrm{MC}$, $\ln 10^{10} A_{s}$, and $n_{s}$, and a prior on $Ω_\mathrm{b}h^2$ that is much wider than current constraints. We quantify the agreement between the Planck 2018 constraints from the cosmic microwave background and BOSS, finding the two data sets to be consistent within a flat $Λ$CDM cosmology using the Bayes factor as well as the prior-insensitive suspiciousness statistic. Combining two low-redshift probes, we jointly analyse the clustering of BOSS galaxies with weak lensing measurements from the Kilo-Degree Survey (KV450). The combination of BOSS and KV450 improves the measurement by up to 45%, constraining $σ_8 = 0.702\pm 0.029$ and $S_8 = σ_8\sqrt{Ω_\mathrm{m}/0.3} = 0.728\pm 0.026$. Over the full 5D parameter space, the odds in favour of single cosmology describing galaxy clustering, lensing, and the cosmic microwave background are $7\pm2$. The suspiciousness statistic signals a $2.1\pm0.3σ$ tension between the combined low-redshift probes and measurements from the cosmic microwave background.

研究の動機と目的

• 低赤方偏移の大規模構造（LSS）測定から高精度宇宙論を動機づける。
• 異方性銀河クラスタリングから全形状情報を抽出して、外部データなしで ΛCDM を制約する。
• BOSS の低赤方結果と Planck CMB 制約の一致を評価する。
• BOSS と弱レンズデータ（KV450）を併用することによる改善を示す。

提案手法

• BOSS DR12 の全方位的相関関数ウェッジを、2つの赤方偏移区間（0.2≤z<0.5と0.5≤z<0.75）で使用する。
• gRPT を用いた非線形物質進化と、各ビンごとの自由パラメータを持つバイアス/RSD フレームワークをモデル化する。
• 幾何学を考慮するために Alcock-Paczynski 再スケーリングを含め、fσ8、q⊥、q∥ および関連パラメータをフィットする。
• CosmoMC と CosmoSIS を用いて無情報事前分布（Ωb h^2 を除く）でパラメータ推定を行う。
• シミュレーション（Minerva、MD-Patchy モック）上でモデルを検証し、頑健性を確保するためのスケールカットをテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BOSS DR12 の全形状クラスタリングのみから得られる平坦な ΛCDM パラメータの制約は何ですか？
• RQ2 ΛCDM 内で BOSS DR12 全形状の結果は Planck CMB 制約と一致しますか？
• RQ3 BOSS DR12 クラスタリングに弱レンズ（KV450）を加えるとパラメータの制約はどう改善され、Planck との緊張にどのように影響しますか？
• RQ4 ΛCDM における低赤方偏移プローブ（BOSS+KV450）と Planck の緊張度・一致度はどの程度ですか？

主な発見

• Ωm = 0.317^{+0.015}_{-0.019}.
• σ8 = 0.710 ± 0.049.
• h = 0.704 ± 0.024.
• BOSS+KV450 yields σ8 = 0.702 ± 0.029 and S8 = 0.728 ± 0.026.
• Odds favoring a single cosmology for low- and high-redshift probes: 7 ± 2 (Bayes factor).
• Suspiciousness log S = 0.13 ± 0.11, implying a tension of 0.76 ± 0.05 σ between low-redshift probes and Planck.
• Joint BOSS+KV450 constraints on S8 are consistent with, but 3.4σ lower than, Planck for Planck comparison.
• Low-redshift σ8 and KV450 reach tensions with Planck at ~2.1σ (suspiciousness) when combined with CMB data.