[論文レビュー] Future Constraints on Angle-Dependent Non-Gaussianity from Large Radio Surveys

Alvise Raccanelli, Maresuke Shiraishi+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2015

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、特にEMUとSKAを含む大規模な電波赤方偏移サーベイを用いて、角度依存性のある原始的非ガウス性の未来の制約を予測している。非ガウス性に起因する赤方偏移に依存するハロー密度のモデル化により、LSSサーベイがc₁およびc₂の制約を桁違いに改善できることを示しており、現実的な状況ではσ(c₁) ≈ 10およびσ(c₂) ≈ 100に達することが予測される。これは現在のCMB限界を著しく上回り、ベクトル場を含むインフレーションモデルを探索可能である。

ABSTRACT

We investigate how well future large-scale radio surveys could measure different shapes of primordial non-Gaussianity; in particular we focus on angle-dependent non-Gaussianity arising from primordial anisotropic sources, whose bispectrum has an angle dependence between the three wavevectors that is characterized by Legendre polynomials $\mathcal{P}_L$ and expansion coefficients $c_L$. We provide forecasts for measurements of galaxy power spectrum, finding that Large-Scale Structure (LSS) data could allow measurements of primordial non-Gaussianity competitive or improving upon current constraints set by CMB experiments, for all the shapes considered. We argue that the best constraints will come from the possibility to assign redshift information to radio galaxy surveys, and investigate a few possible scenarios for the EMU and SKA surveys. A realistic (futuristic) modeling could provide constraints of $f_{ m NL}^{ m loc} \approx 1 (0.5)$ for the local shape, $f_{ m NL}$ of $\mathcal{O}(10) (\mathcal{O}(1))$ for the orthogonal, equilateral and folded shapes, and $c_{L=1} \approx 80 (2)$, $c_{L=2} \approx 400 (10)$ for angle-dependent non-Gaussianity. The more futuristic forecasts show the potential of LSS analyses to considerably improve current constraints on non-Gaussianity, and so on models of the primordial Universe. Finally, we find the minimum requirements that would be needed to reach $\sigma(c_{L=1})=10$, which can be considered as a typical (lower) value predicted by some (inflationary) models.

研究の動機と目的

• 将来の大規模電波サーベイが角度依存性原始的非ガウス性に与える感度を予測すること、特にc₁およびc₂パラメータを対象とする。
• EMUやSKAのようなサーベイからの赤方偏移情報が、現在のCMB限界を上回る非ガウス性の制約をどのように向上させるかを評価すること。
• インフレーションモデルが予測する一般的なしきい値であるσ(c₁) = 10に到達するための最小サーベイ要件を特定すること。
• さまざまな非ガウス性形状について、LSSサーベイの制約力が既存のCMB実験とどのように比較されるかを検討すること。
• 銀河パワースペクトル解析が、ベクトル場や異方性源を含む特定のインフレーションモデルをどのように探査できるかを評価すること。

提案手法

• iPT形式を用いて、角度依存性非ガウス性が引き起こす波数依存性ハロー密度の変化∆b(z, k)を、MICEからの質量関数フィッティングとσMを用いて導出する。
• 銀河パワースペクトルを主観測量として用い、iPTフレームワークを介して赤方偏移依存性バイアスおよび非線形効果を組み込む。
• EMUおよびSKAの現実的なサーベイ構成を仮定し、フィッシャー行列予測を用いてc₁およびc₂の不確実性を推定する。
• 現実的なサーベイ幾何学的形状とノイズをモデル化するため、赤方偏移ビン分割と角度・スケール依存性共分散を組み込む。
• サーベイの深さおよび赤方偏移分布の仮定を変えて予測を比較し、最適な赤方偏移分解能を仮定した「未来志向」シナリオを含む。
• バイスペクトルにおけるcLパラメータ（式1）をハロー密度応答を通じて観測可能な銀河クラスタリングに結びつける。c₀ ∝ f_loc_NLであり、c₁およびc₂は異方性源の独立したプローブとして機能する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EMUやSKAのような将来の電波サーベイは、角度依存性非ガウス性のc₁およびc₂パラメータをどの程度の精度で制約できるか？
• RQ2 写真測光のみのサーベイと比較して、赤方偏移情報がc₁およびc₂の制約改善に果たす役割は何か？
• RQ3 LSSサーベイは、現在のCMB実験と比較して、非ガウス性の制約を競争力あるか、あるいはより良いものにできるか？
• RQ4 σ(c₁) = 10（一部のインフレーションモデルが予測するベンチマーク）に到達するための最小サーベイ要件（例：赤方偏移精度、天の川カバー範囲）は何か？
• RQ5 ローカル、直交、等価、折りたたみ、および角度依存性のさまざまな非ガウス性形状について、銀河クラスタリングによる予測検出可能性はどのように比較されるか？

主な発見

• 将来のLSSサーベイは、f_loc_NLを約1（0.5）まで、直交、等価、折りたたみ形状のf_NLをO(10)（O(1)）まで制約でき、現在のCMB限界を著しく上回る。
• 角度依存性非ガウス性に関しては、現実的な予測ではσ(c₁) ≈ 80（2）およびσ(c₂) ≈ 400（10）が得られ、サーベイの深さと赤方偏移分解能に依存する。
• 「未来志向」シナリオでは、最適な赤方偏移情報が仮定されており、σ(c₁) ≈ 10およびσ(c₂) ≈ 100が予測されており、LSSがCMB制約を凌駒することの可能性を示している。
• σ(c₁) = 10に到達するための最小要件は、赤方偏移精度Δz ≈ 0.01および天の川カバー範囲f_sky ≈ 0.5であり、十分な赤方偏移ビン分割が必須である。
• 赤方偏移情報が制約改善の主因である。これは、パワースペクトルにおけるスケール依存性と角度依存性を分離可能にするからである。
• 本研究は、ベクトル場や異方性インフレーションを含むモデルに対して、LSSサーベイが原始的物理学の強力なプローブであることを確認している。これは、c₁およびc₂に敏感であるためである。