[論文レビュー] Doppler term in the galaxy two-point correlation function: wide-angle, velocity, Doppler lensing and cosmic acceleration effects

Alvise Raccanelli, Daniele Bertacca+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、広角効果、速度、ドップラー効果、宇宙定常加速度の影響によって生じる、銀河二点相関関数におけるドップラー項を特定し、定量的に評価している。このパリティ奇数項は現在の調査では無視できるが、将来的な広域・低赤方偏移調査（例：Euclid、SPHEREx、SKA）では無視できない。その場合、有効な $f_{\text{NL}}^{\text{eff}} \sim \text{数個}$ の程度で初期非ガウス性を模倣し、$f_{\text{NL}}$ の予測にバイアスをもたらす可能性がある。

ABSTRACT

We study the parity-odd part (that we shall call Doppler term) of the linear galaxy two-point correlation function that arises from wide-angle, velocity, Doppler lensing and cosmic acceleration effects. As it is important at low redshift and at large angular separations, the Doppler term is usually neglected in the current generation of galaxy surveys. For future wide-angle galaxy surveys such as Euclid, SPHEREx and SKA, however, we show that the Doppler term must be included. The effect of these terms is dominated by the magnification due to relativistic aberration effects and the slope of the galaxy redshift distribution and it generally mimics the effect of the local type primordial non-Gaussianity with the effective nonlinearity parameter $f_{\ m NL}^{\ m eff}$ of a few, we show that this would affect forecasts on measurements of $f_{\ m NL}$ at low-redshift. Our results show that a survey at low redshift with large number density over a wide area of the sky could detect the Doppler term with a signal-to-noise ratio of $\\sim 1-20$, depending on survey specifications.

研究の動機と目的

• 相対論的および広角効果に起因するドップラー項を、銀河二点相関関数から特定し、分離すること。
• Euclid や SPHEREx、SKA といった将来の広域・低赤方偏移銀河調査において、ドップラー項の検出可能性を評価すること。
• ドップラー項が初期非ガウス性の予測に与える影響を、有効な $f_{\text{NL}}^{\text{eff}}$ パrameter を用いて定量的に評価すること。
• 相関関数におけるドップラー項を、標準的な赤方偏移空間歪み（RSD）項および密度項から分離するための形式的枠組みを構築すること。
• さまざまな調査設定におけるドップラー項の信号対雑音比を評価すること。

提案手法

• 配置空間における広角二点相関関数を導出し、標準的なRSDおよび密度寄与からドップラー項を明示的に分離する。
• 相関関数の多重極展開 $\xi_{\ell}^{m}$ を用い、$\ell = 0,1,2,3,4$ として、ドップラー効果に起因するパリティ奇数の $\ell=1$ および $\ell=3$ 成分を分離する。
• フラットスカイ近似および広角近似を用い、視線方向と分離ベクトルのなす角度 $\theta$ および $\varphi$ を用いて角度依存性をモデル化する。
• ドップラー効果、歪み、宇宙定常加速度を含む相対論的効果を、相対論的摂動理論の枠組みで相関関数に組み込む。
• スカイ面積、数密度、赤方偏移分布の勾配といった調査固有のパrameterを用いて、ドップラー項の信号対雑音比を計算する。
• ドップラー項の振幅を標準的なRSD信号と比較し、有効な $f_{\text{NL}}^{\text{eff}}$ パrameter を用いて初期非ガウス性とそのデゲネラシーを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の広域・低赤方偏移銀河調査において、ドップラー項は銀河二点相関関数においてどの程度顕著か？
• RQ2 ドップラー項は初期非ガウス性の効果をどの程度模倣するのか？その有効な $f_{\text{NL}}^{\text{eff}}$ は何か？
• RQ3 さまざまな調査設定におけるドップラー項の検出可能性（信号対雑音比）はどの程度か？
• RQ4 広角効果、速度、相対論的効果は、相関関数におけるドップラー項にどのように寄与するか？
• RQ5 ドップラー項を無視した場合、特に $f_{\text{NL}}$ の宇宙論的パラメータ予測にどのような影響が生じるか？

主な発見

• 広角効果、速度、ドップラー効果、宇宙定常加速度に起因するドップラー項は、低赤方偏移および大角度分離領域で顕著である。
• Euclid や SPHEREx、SKA といった将来的な調査では、パラメータ推定のバイアスを避けるために、ドップラー項を宇宙論的モデルに組み込む必要がある。
• ドップラー項の振幅は、相対論的歪みおよび銀河赤方偏移分布の勾配に支配されている。
• この項は、有効な $f_{\text{NL}}^{\text{eff}}$ が数個の程度で初期非ガウス性の効果を模倣し、$f_{\text{NL}}$ 測定にバイアスをもたらす可能性がある。
• 高数密度の低赤方偏移・広域調査では、調査設計に応じて信号対雑音比が $\sim 1-20$ の範囲でドップラー項を検出可能である。
• 開発された形式的枠組みにより、ドップラー項は標準的なRSD項および密度項から明確に分離可能であり、高精度な宇宙論的解析への組み込みが可能である。