[論文レビュー] Euclid preparation - LXIX. The impact of relativistic redshift-space distortions on two-point clustering statistics from the Euclid wide spectroscopic survey

Euclid Collaboration, Elkhashab, Mohamed Y.+253 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、LIGER手法を用いて相対論的効果をモデル化した140個のモック銀河カタログを用い、Euclid Wide スペクトロスコピック調査（EWSS）における相対論的赤方偏移空間歪み（RSD）を調査する。弱い重力レンズ効果による明るさの変化と収束は、2点相関統計に検出可能な印を残しており、高赤方偏移銀河では信号対ノイズ比が2.5〜6に達する。また、レンズ効果を無視した場合、全相対論的RSDモデルは2.9σの有意水準で棄却される。

ABSTRACT

Measurements of galaxy clustering are affected by RSD. Peculiar velocities, gravitational lensing, and other light-cone projection effects modify the observed redshifts, fluxes, and sky positions of distant light sources. We determine which of these effects leave a detectable imprint on several 2-point clustering statistics extracted from the EWSS on large scales. We generate 140 mock galaxy catalogues with the survey geometry and selection function of the EWSS and make use of the LIGER method to account for a variable number of relativistic RSD to linear order in the cosmological perturbations. We estimate different 2-point clustering statistics from the mocks and use the likelihood-ratio test to calculate the statistical significance with which the EWSS could reject the null hypothesis that certain relativistic projection effects can be neglected in the theoretical models. We find that the combined effects of lensing magnification and convergence imprint characteristic signatures on several clustering observables. Their S/N ranges between 2.5 and 6 (depending on the adopted summary statistic) for the highest-redshift galaxies in the EWSS. The corresponding feature due to the peculiar velocity of the Sun is measured with a S/N of order one or two. The $P_{\ell}(k)$ from the catalogues that include all relativistic effects reject the null hypothesis that RSD are only generated by the variation of the peculiar velocity along the line of sight with a significance of 2.9 standard deviations. As a byproduct of our study, we demonstrate that the mixing-matrix formalism to model finite-volume effects in the $P_{\ell}(k)$ can be robustly applied to surveys made of several disconnected patches. Our results indicate that relativistic RSD, the contribution from weak gravitational lensing in particular, cannot be disregarded when modelling 2-point clustering statistics extracted from the EWSS.

研究の動機と目的

• Euclid Wide スペクトロスコピック調査における相対論的赤方偏移空間歪みが2点相関統計に与える影響を評価すること。
• レンズ効果による明るさの変化と収束が、大スケールクラスタリング観測量に検出可能な印を残すかどうかを特定すること。
• 特に弱い重力レンズ効果を含む相対論的効果が、パワー スペクトルの多重項と相関関数に与える統計的有意水準を評価すること。
• 離散的な調査領域を持つ調査における有限体積効果をモデル化するためのミキシング行列形式の妥当性を検証すること。
• 相対論的効果を無視する標準理論的モデルが、EWSSのデータによって棄却可能かどうかを検証すること。

提案手法

• LIGER手法を用いて、EWSSの幾何構造と選択関数に一致する140個のモック銀河カタログを生成し、宇宙論的摂動の線形階層で相対論的RSD効果を含めた。
• モックから得たクラスタリング統計における相対論的効果の検出の統計的有意水準を評価するために、尤度比検定を用いた。
• 2点相関統計（相関関数とパワー スペクトルの多重項）を計算し、相対論的寄与を含むモデルと含まないモデルを比較した。
• 窓関数補正のためのミキシング行列形式を適用し、理論的モデルとモックデータとの比較を可能にした。
• 単純な理論的モデル（線形物質パワー スペクトルとKaiserのRSDモデルの組み合わせ）とモックベースの予測を対比した。
• 理論的予測と平均モック結果との比較により、モックの正確性とミキシング行列アプローチの頑健性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EWSSの2点相関統計から、レンズ効果による明るさの変化と収束を検出可能か？
• RQ2 パワー スペクトルの多重項において、標準的な固有速度効果を超える相対論的RSDの検出の統計的有意水準は何か？
• RQ3 有限体積効果と調査幾何（離散的な領域）は、クラスタリング統計のモデル化にどのように影響するか？
• RQ4 標準的なKaiserモデルは十分か、それとも宇宙論的パrameter推定のバイアスを避けるために相対論的補正を含める必要があるか？
• RQ5 複数の離散的な調査領域から成る調査に、ミキシング行列形式を信頼性高く適用可能か？

主な発見

• レンズ効果による明るさの変化と収束は、クラスタリング観測量に検出可能な印を残しており、EWSSの最高赤方偏移銀河では信号対ノイズ比が2.5〜6に達する。
• 太陽の固有速度は大スケールに特徴的な印を残し、信号対ノイズ比は1〜2程度であり、現在の調査精度では検出が困難である。
• 全相対論的効果を含むモックからのパワー スペクトルの多重項は、RSDが視線方向の固有速度変動によるものであるという帰無仮説を2.9標準偏差の有意水準で棄却する。
• 窓関数補正を施したKaiserモデルは、赤方偏移領域1.5 < z < 1.8のOモック（全相対論的RSDを含む）に対して2.9σの有意水準で棄却され、レンズ効果を無視できないことが示された。
• ミキシング行列形式は、複数の離散的調査領域から成る調査に対しても頑健に適用可能であり、補正済み理論モデルと平均モック結果との間の良好な一致が確認された。
• 理論的モデルで明るさの変化を無視すると、ΛCDMパラメータ制約に0.4〜0.7標準偏差の系統的バイアスが生じ、モデルに依存しない成長率推定値ではさらに大きなバイアスが生じる。