[論文レビュー] Euclid preparation. TBD. Galaxy power spectrum modelling in real space

Euclid Collaboration, A Pezzotta+247 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、Euclidのスペクトロスコピック調査に向けた準備として、実空間の銀河パワー スペクトルをモデル化するための摂動的銀河バイアスモデルの正確性を評価している。具体的には、有効場理論的宇宙構造（EFTofLSS）におけるオイラー形式のバイアス展開と、ラグランジュ摂動理論とシミュレーションを組み合わせたハイブリッド手法を対象としている。両モデルとも、kmax = 0.45 h Mpc⁻¹まで、コズモロジー・パラメータ（h, ωc）を同等の精度で安定して制約できることを示している。また、潮汐バイアスパラメータを固定することでモデルの次元数が低下し、バイアスが生じることなく、やや非線形領域（1 ≲ z ≲ 2）における統計的パワーが向上する。

ABSTRACT

We investigate the accuracy of the perturbative galaxy bias expansion in view of the forthcoming analysis of the Euclid spectroscopic galaxy samples. We compare the performance of an Eulerian galaxy bias expansion, using state-of-art prescriptions from the effective field theory of large-scale structure (EFTofLSS), against a hybrid approach based on Lagrangian perturbation theory and high-resolution simulations. These models are benchmarked against comoving snapshots of the Flagship I N-body simulation at $z=(0.9,1.2,1.5,1.8)$, which have been populated with H$α$ galaxies leading to catalogues of millions of objects within a volume of about $58\,h^{-3}\,{ m Gpc}^3$. Our analysis suggests that both models can be used to provide a robust inference of the parameters $(h, ω_{ m c})$ in the redshift range under consideration, with comparable constraining power. We additionally determine the range of validity of the EFTofLSS model in terms of scale cuts and model degrees of freedom. From these tests, it emerges that the standard third-order Eulerian bias expansion can accurately describe the full shape of the real-space galaxy power spectrum up to the maximum wavenumber $k_{ m max}=0.45\,h\,{ m Mpc}^{-1}$, even with a measurement precision well below the percent level. In particular, this is true for a configuration with six free nuisance parameters, including local and non-local bias parameters, a matter counterterm, and a correction to the shot-noise contribution. Fixing either tidal bias parameters to physically-motivated relations still leads to unbiased cosmological constraints. We finally repeat our analysis assuming a volume that matches the expected footprint of Euclid, but without considering observational effects, as purity and completeness, showing that we can get consistent cosmological constraints over this range of scales and redshifts.

研究の動機と目的

• Euclidのスペクトロスコピック調査に向けた銀河パワー スペクトル理論モデルの妥当性を検証すること。特に実空間のクラスタリングに焦点を当てる。
• 高解像度N体シミュレーションを用いて、摂動的銀河バイアス展開（特にEFTofLSS）の正確性と頑健性を評価すること。
• 系統的誤差を最小限に抑えつつコズモロジー制約力（フォーカス・オブ・マーズ：FoM）を最大化するための最適なスケールカットとモデルの複雑さ（自由度）を特定すること。
• 物理的に妥当な関係に従ってバイアスパラメータを固定した場合のコズモロジー推論および投影効果への影響をテストすること。
• 観測系統的要因を含まない、Euclidの期待される領域に相当する縮小された調査ボリューム下でのモデル性能を評価すること。

提案手法

• z = 0.9, 1.2, 1.5, 1.8におけるフラッグシップI N体シミュレーションの共動スナップショットを用い、Hα線を発する銀河で埋め込まれたモックカタログ（数百万対象）を生成する。
• EFTofLSSにおける3次までのオイラー形式バイアス展開を採用し、局所的および非局所的バイアスパラメータ、物質のカウンタ項、およびショットノイズ補正を含む。
• EFTofLSSの予測を、ラグランジュ摂動理論と高解像度シミュレーションを組み合わせたハイブリッドモデルと比較する。
• ガウス型共分散行列を用いた尤度推論を実施し、スケールカットを適用することでモデルの妥当性と統計的有意性を評価する。
• 潮汐バイアスパラメータ（bΓ3とbG2）を物理的関係に固定することでモデルの頑健性をテストし、自由パラメータの場合と比較する。
• Euclidに類似した調査ボリュームを再現するために共分散行列をスケーリングし、統計的精度とボリューム損失への感受性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EFTofLSSに基づく3次オイラー形式バイアス展開は、赤方偏移1 ≲ z ≲ 2の範囲で、kmax = 0.45 h Mpc⁻¹まで実空間の銀河パワー スペクトルの全形状を精度よくモデル化できるか？
• RQ2 潮汐バイアスパラメータを物理的に妥当な関係に固定することで、コズモロジー制約とモデルの頑健性にどのような影響を与えるか？
• RQ3 コズモロジー推論において、モデルの複雑さ（自由度）と制約力（FoM）の最適なバランスは何か？
• RQ4 特に非線形領域に近い領域で、バイアスモデルの系統的誤差は赤方偏移とスケールにどのように依存するか？
• RQ5 Euclidの期待される領域に相当する調査ボリュームに適用した場合、モデルはどの程度、偏りのないコズモロジー制約を維持できるか？

主な発見

• EFTofLSSにおける標準的な3次オイラー形式バイアス展開は、kmax = 0.45 h Mpc⁻¹まで、実空間の銀河パワー スペクトルの全形状を測定精度1%未満で正確に記述できる。
• 潮汐バイアスパラメータbΓ3を物理的に妥当な関係に固定すると、偏りのないコズモロジー制約が得られ、図形的マーズ（FoM）が完全に自由パラメータモデルと比較して1.5〜2倍に向上する。
• 両方の潮汐バイアスを固定した設定では低赤方偏移で制約が偏るが、bΓ3のみを固定した場合、頑健性が保たれ、相対的なFoM向上がkmax ≲ 0.3 h Mpc⁻¹の領域に集中する。
• ラグランジュ摂動理論と高解像度シミュレーションを組み合わせたハイブリッドモデルは、赤方偏移1 ≲ z ≲ 2の範囲で、(h, ωc)の制約においてEFTofLSSと同等の性能を示す。
• 共分散行列をEuclidの期待される調査ボリュームに合わせてスケーリングしても、全スケールおよび全赤方偏移範囲で、ファイドゥーシャル値の68%信用区間内に一致するコズモロジー制約が得られる。
• パラメータ固定によるモデル自由度の削減は、バイアスを生じさせることなくFoMを向上させ、特にbΓ3のみを固定した場合に顕著であり、高次元パラメータ空間に起因する投影効果の緩和にも寄与する。