[論文レビュー] Detection of correlated galaxy ellipticities on CFHT data: first evidence for gravitational lensing by large-scale structures

Ludovic Van Waerbeke, Y. Mellier+11 more|ArXiv.org|Feb 27, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 48

ひとこと要約

本論文は、カナダ＝フランス＝ハワイ望遠鏡（CFHT）の深紫外・可視光画像データ6300平方弧分を用いて、大規模構造による弱い重力レンズ効果によって引き起こされる銀河の楕円度の相関（宇宙的せん断）の、初めてのロバストな検出を報告する。信号は1弧分スケールで2.2±0.2%の振幅で5.5σの有意水準で検出され、理論的予測を確認するとともに、弱いレンズ効果を用いたダークマター分布のマッピングと宇宙論的モデルの制約の可能性を示している。

ABSTRACT

We report the detection of a significant (5.5 sigma) excess of correlations between galaxy ellipticities at scales ranging from 0.5 to 3.5 arc-minutes. This detection of a gravitational lensing signal by large-scale structure was made using a composite high quality imaging survey of 6300 arcmin^2 obtained at the Canada France Hawaii Telescope (CFHT) with the UH8K and CFH12K panoramic CCD cameras. The amplitude of the excess correlation is 2.2\pm 0.2 % at 1 arcmin scale, in agreement with theoretical predictions of the lensing effect induced by large-scale structure.We provide a quantitative analysis of systematics which could contribute to the signal and show that the net effect is small and can be corrected for. We show that the measured ellipticity correlations behave as expected for a gravitational shear signal. The relatively small size of our survey precludes tight constraints on cosmological models. However the data are in favor of cluster normalized cosmological models, and marginally reject Cold Dark Matter models with (Omega=0.3, sigma_8<0.6) or (Omega=1, sigma_8=1). The detection of cosmic shear demonstrates the technical feasibility of using weak lensing surveys to measure dark matter clustering and the potential for cosmological parameter measurements, in particular with upcoming wide field CCD cameras.

研究の動機と目的

• 宇宙の大規模構造による弱い重力レンズ効果が引き起こす宇宙的せん断信号を、検出および検証すること。
• 広視野CCDスキャンを用いた弱いレンズ効果の測定における技術的実現可能性を示すこと、ただし観測系の系はみずからを含む。
• レンズ効果に擬似する可能性のある潜在的な系のバイアス（PSFの非等方性、CCDの列効果、近接する銀河対など）をテストおよび補正すること。
• 測定されたせん断信号を理論的予測と比較し、特にダークマターのクラスタリングおよびパワースペクトルの振幅に関して宇宙論的モデルを制約すること。
• 今後の大規模な弱いレンズ効果スキャンの基盤を築くために、解析手法と系の制御を検証すること。

提案手法

• カナダ＝フランス＝ハワイ望遠鏡（CFHT）に搭載されたCFH12KおよびUH8KのCCDカメラを用いて、6300平方弧分の深紫外・可視光画像データを取得した。
• PSF（点像関数）補正を施した形状測定アルゴリズムを用いて銀河の楕円度を測定した。非等方的PSF補正を含み、系のバイアスを最小限に抑えた。
• レンズ効果に起因するせん断と偽の整列を区別するために、楕円度相関関数⟨e_t(0)e_t(θ)⟩、⟨e_r(0)e_r(θ)⟩、⟨e_r(0)e_t(θ)⟩を計算した。
• 制御されたテストを通じて系の影響を定量化した：近接する銀河対の除去、星に起因する非等方的PSFの評価、CCDの列に起因する残存バイアスの補正。
• レイトレーシングシミュレーションを用いて、観測されたせん断振幅をさまざまな宇宙論的モデルの理論的期待値と比較した。
• 統計的手法を用いて信号対雑音比と投影質量統計（例：M_ap）を推定した。今後の広域スキャンで得られるデータの増加に備えて、将来的な改善を想定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.5〜3.5弧分の角度スケールで、銀河の楕円度に有意な相関が検出可能であり、これは宇宙の大規模構造による弱い重力レンズ効果と整合的か？
• RQ2 PSFの非等方性、CCDの列効果、または近接する銀河対などの観測系の影響が、測定された楕円度相関にどの程度寄与しているか？
• RQ3 測定された楕円度相関関数は、重力レンズ効果に起因する信号として期待される角度依存性および対称性（例：接線方向対と法線方向対）を示しているか？
• RQ4 観測された宇宙的せん断信号の振幅は、特にσ₈およびΩに関して、さまざまな宇宙論的モデルの理論的予測とどの程度一致しているか？
• RQ5 信号は偽の整列から信頼性高く区別可能であり、今後の弱いレンズ効果を用いた宇宙論的パラメータ推定に十分な堅牢性を持っているか？

主な発見

• 0.5〜3.5弧分の角度スケールで、銀河の楕円度相関に5.5σの顕著な超過が検出され、大規模構造による宇宙的せん断の直接的証拠が得られた。
• 1弧分スケールでの測定されたせん断振幅は2.2±0.2%であり、大規模構造による弱いレンズ効果の理論的予測と良好に一致した。
• 残存PSFの非等方性やCCDの列バイアスといった系の影響は定量的に評価され、観測信号より著しく小さいことが判明した。後者はキャリブレーションにより補正可能であった。
• 接線方向および法線方向の相関関数は、重力レンズ効果に起因する信号として期待される振る舞いを示し、相関のレンズ起源を確認した。
• データは、(Ω=0.3, σ₈<0.6) または (Ω=1, σ₈=1) の冷たいダークマターモデルをわずかに否定し、クラスターノーマライズド宇宙論的モデルを支持した。
• この検出は、弱いレンズ効果スキャンを用いたダークマターのマッピングと宇宙論的パrameterの測定の技術的実現可能性を示しており、特に今後の広視野CCD機器の導入に向けた基盤を提供した。