[論文レビュー] Detection of the ISW and SZ effects from the CMB-Galaxy correlation

P. Fosalba, E. Gaztañaga+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2003

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 152

ひとこと要約

本研究は、WMAPのCMB温度非均一性とSDSS DR1の銀河密度揺らぎのクロス相関を通じて、統合サックス＝ホルプ効果（ISW）および熱的サンヤエフ＝ツェルドビッチ（SZ）効果を検出する。ジャックナイフ法とモンテカルロ法を用い、ISW効果は3.6σ、SZ効果は2.7σの検出を確認した。これは、ΩΛ ≈ 0.8 のダークエネルギー優位の平坦なΛCDMモデルと整合的であり、コンプトンパラメータ ȳ ≈ 10⁻⁶ である。

ABSTRACT

We present a cross-correlation analysis of the WMAP cosmic microwave background (CMB) temperature anisotropies and the SDSS galaxy density fluctuations. We find significant detections of the angular CMB-galaxy correlation for both the flux limited galaxy sample (z~0.3) and the high redshift (z ~ 0.5) color selected sample. The signal is compatible with that expected from the integrated Sachs-Wolfe (ISW) effect at large angles (θ> 3deg) and the Sunyaev-Zeldovich (SZ) effect at small scales (θ< 1 deg). The detected correlation at low-z is in good agreement with a previous analysis using the APM survey (z~0.15). The combined analysis of all 3 samples yields a total significance better than 3 sigma for ISW and about 2.7 σfor SZ, with a Compton parameter y~10^(-6). For a given flat LCDM model, the ISW effect depends both on the value of Ω_Λand the galaxy bias b. To break this degeneracy, we estimate the bias using the ratio between the galaxy and mass auto-correlation functions in each sample. With our bias estimation, all samples consistently favor a best fit dark-energy dominated model: Ω_Λ~ 0.8, with a 2 σerror Ω_Λ=0.69-0.86.

研究の動機と目的

• 宇宙マイクロ波背景（CMB）の温度非均一性と銀河密度揺らぎの間のクロス相関において、統合サックス＝ホルプ（ISW）および熱的サンヤエフ＝ツェルドビッチ（SZ）効果を検出すること。
• 観測されたCMB-銀河相関が、特にダークエネルギーによって駆動されるISW効果を含む平坦なΛCDMモデルの予測と整合しているかを検証すること。
• 銀河自己相関関数と質量自己相関関数の比を用いて、ΩΛと銀河バイアス b のデゲネラシーを解消すること。
• 小スケールでの角度にわたる銀河クラスタ内ガスの赤方偏移依存性を、SZ効果信号を用いて制約すること。

提案手法

• WMAPのVバンドCMB温度非均一性（21′解像度）と、SDSS DR1の銀河密度揺らぎを、フラックス限界付きサンプル（z ~ 0.3）および高赤方偏移色選別サンプル（z ~ 0.5）を用いてクロス相関させる。
• HEALPix画素化を7′解像度で用い、M=16の部分標本を用いたジャックナイフ（JK）法を適用し、CMB-銀河相関関数 w_TG(θ) 及びその共分散を計算する。
• 測定されたパワースペクトルとノイズを有するWMAPマップのモンテカルロシミュレーションを用い、JK誤差推定値の妥当性を検証し、統計的有意性を評価する。
• σ8=1、h=0.7、ΩM+ΩΛ=1 を固定したΛCDMモデルにおける理論的物質自己相関関数と銀河自己相関関数を比較することで、銀河バイアス b を推定する。
• 4° < θ < 10° の範囲で χ² 最小化を実行し、定数のISW信号をフィットし有意性を評価する。同時に、θ < 1° でのずれを検出することでSZ効果を探索する。
• 3つの独立したサンプル（SDSS全サンプル、SDSS高赤方偏移、APM）の結果を統合し、有意性を向上させ、ΩΛ を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大スケール（θ > 4°）において、CMB温度非均一性と銀河密度揺らぎの間に顕著なクロス相関が存在するか。これはISW効果と整合的か？
• RQ2 小スケール（θ < 1°）で観測されたCMB-銀河相関に抑制が見られるか。これは熱的SZ効果の存在を示唆するか？
• RQ3 銀河自己相関データを用いることで、ΩΛ と銀河バイアス b のデゲネラシーを解消でき、ダークエネルギーの制約が一貫して得られるか？
• RQ4 複数の独立した銀河サンプルにおけるISWおよびSZ検出の統合的統計的有意性は何か？
• RQ5 CMB-銀河クロス相関から得られるΩΛの制約は、平坦なΛCDMモデルの予測と一致するか？

主な発見

• SDSS全サンプル、SDSS高赤方偏移サンプル、APMの3サンプルを統合した結果、ISW効果は3.6σで検出された。自由度3のΔχ² = 18.8（P = 0.03%）の有意性を示した。
• SDSS全サンプルではISW信号が2.7σの有意性（Δχ² = 3.9、P = 4.8%）で検出され、SDSS高赤方偏移サンプルでは3.0σであった。これはダークエネルギー優位の宇宙におけるISW効果と整合的である。
• 小スケール（θ < 1°）での相関低下から、熱的SZ効果が2.7σで検出された。SDSS全サンプルでは w_TG^SZ = -0.27 ± 0.11、APMサンプルでは w_TG^SZ = -0.41 ± 0.16 であった。
• 統合解析により、最良適合のダークエネルギー密度は ΩΛ ≈ 0.8 であり、95%信頼区間は 0.69–0.87 であった。これはすべてのサンプルで一貫していた。
• APMおよびSDSS全サンプルでは銀河バイアスが b ≈ 1、SDSS高赤方偏移サンプルでは b ≈ √6 ≈ 2.45 と推定され、ΩΛ の制約が堅牢に得られた。
• コンプトンパラメータは ȳ ≈ 10⁻⁶ と推定され、銀河クラスタ内の熱的SZ効果の期待値と整合的であった。