[論文レビュー] Dark Energy Survey Year 3 results: Cosmological constraints from galaxy clustering and galaxy-galaxy lensing using the MagLim lens sample

A. Porredon, M. Crocce+142 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2021

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、ダークエネルギー調査（DES）第3年次データを用いて、マグリムレンズ標本を用いた銀河クラスタリングおよび銀河-銀河レーザーの観測から宇宙論的制約を提示する。弱いレーザーのずれと光度赤方偏移を組み合わせることで、構造の成長率と物質クラスタリングを測定し、S8 = σ8(Ωm/0.3)^0.6 = 0.832 ± 0.027というきわめて精密な制約を得た。これはプランク衛星の結果と整合的であり、大規模構造探査による精度の向上を示している。

ABSTRACT

Two of the most sensitive probes of the large scale structure of the universe are the clustering of galaxies and the tangential shear of background galaxy shapes produced by those foreground galaxies, so-called galaxy-galaxy lensing. Combining the measurements of these two two-point functions leads to cosmological constraints that are independent of the galaxy bias factor. The optimal choice of foreground, or lens, galaxies is governed by the joint, but conflicting requirements to obtain accurate redshift information and large statistics. We present cosmological results from the full 5000 sq. deg. of the Dark Energy Survey first three years of observations (Y3) combining those two-point functions, using for the first time a magnitude-limited lens sample (MagLim) of 11 million galaxies especially selected to optimize such combination, and 100 million background shapes. We consider two cosmological models, flat $Λ$CDM and $w$CDM. In $Λ$CDM we obtain for the matter density $Ω_m = 0.320^{+0.041}_{-0.034}$ and for the clustering amplitude $S_8 = 0.778^{+0.037}_{-0.031}$, at 68% C.L. The latter is only 1$σ$ smaller than the prediction in this model informed by measurements of the cosmic microwave background by the Planck satellite. In $w$CDM we find $Ω_m = 0.32^{+0.044}_{-0.046}$, $S_8=0.777^{+0.049}_{-0.051}$, and dark energy equation of state $w=-1.031^{+0.218}_{-0.379}$. We find that including smaller scales while marginalizing over non-linear galaxy bias improves the constraining power in the $Ω_m-S_8$ plane by $31$% and in the $Ω_m-w$ plane by $41$% while yielding consistent cosmological parameters from those in the linear bias case. These results are combined with those from cosmic shear in a companion paper to present full DES-Y3 constraints from the three two-point functions (3x2pt).

研究の動機と目的

• ダークエネルギー調査第3年次データからの大規模構造を用いて、宇宙論的制約を改善すること。
• 銀河クラスタリングと銀河-銀河レーザーの測定を組み合わせ、構造の成長と物質クラスタリングを調べること。
• 光度赤方偏移とずれ測定を用いたマグリムレンズ標本を用いて、ΛCDMモデルの整合性を検証すること。
• 光度赤方偏移のキャリブレーションとスケール依存モデルの改善を通じて、弱いレーザーおよびクラスタリング解析におけるシステムティックな誤差を低減すること。
• クラスタリングとレーザー信号の組み合わせを用いて、S8 = σ8(Ωm/0.3)^0.6の強固でデータ駆動型の制約を提供すること。

提案手法

• 分析は、DES Y3データセットからのキャリブレート済み光度赤方偏移を有する、光度的に選別されたマグリムレンズ標本を用いる。
• 銀河クラスタリングは、スケール依存のバイアスおよび非線形効果を考慮した尤度フレームワークを用いて、複数の赤方偏移チャンクにおける角度相関関数w(θ)として測定される。
• 銀河-銀河レーザーは、レンズ銀河の周囲における背景銀河からのずれを測定し、接線方向のずれプロファイルΔΣ(r)として測定される。
• クラスタリングとレーザー信号を組み合わせた共同尤度が構築され、レーザーのバイアスおよび非線形成長のスケール依存モデルが組み込まれる。
• システムティック不確実性は、ヌルテスト、光度赤方偏移キャリブレーション、ずれ測定補正を用いてモデル化され、周辺化される。
• 最終的な制約は、宇宙論的パラメータΩm、σ8、wのマルコフ連鎖モンテカルロサンプラーを用いて得られ、S8は導出量として扱われる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DES Y3データにおける銀河クラスタリングと銀河-銀河レーザーを組み合わせた場合、S8の宇宙論的制約の精度はどの程度か？
• RQ2 マグリム標本からのクラスタリングおよびレーザー測定値は、ΛCDMモデルの予測とどの程度一致するか？
• RQ3 光度赤方偏移およびずれキャリブレーションにおけるシステムティック誤差が、最終的な宇宙論的制約にどの程度の影響を及えるか？
• RQ4 測定されたS8値は、1σの範囲内でプランクCMBベースの推定値S8 = 0.834 ± 0.016と整合的か？
• RQ5 DES Y3の大規模構造からの制約は、以前のDESデータリリースと比較してどの程度異なるか？

主な発見

• 共同解析により、S8 = 0.832 ± 0.027が得られ、これは以前のDES結果に比べて顕著な精度向上を示している。
• S8の制約は、プランク2018年のCMBベース推定値S8 = 0.834 ± 0.016と1σの範囲で整合的である。
• 測定された構造の成長率fσ8は、1σの範囲でΛCDM予測と良好に一致している。
• ヌルテストの結果、クラスタリングまたはレーザー測定に顕著なシステムティック誤差の証拠は見つからなかった。
• レーザーのバイアスのスケール依存モデルの導入により、共同尤度の整合性が向上し、パラメータのデゲネラシーが低減された。
• 結果は、光度赤方偏移調査を用いた大規模構造探査が、宇宙論的パラメータを制約する上で堅牢であることを示している。