[論文レビュー] Higher order moments of lensing convergence - I. Estimate from simulations

Martina Vicinanza, V. F. Cardone+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 10被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、現実的な調査条件下でN体シミュレーションから弱引力レンズの収束場の高次モーメント（歪度と尖度）を信頼性高く測定できることを示している。MICEシミュレーションを用いて、2次、3次、4次モーメントが、再構成誤差、宇宙分散、固有の楕円率ノイズの影響が最小限に抑えられ、標準的な2次統計量を超える制約を可能にする、頑健な宇宙論的パラメータのプローブであることを示している。

ABSTRACT

Large area lensing surveys are expected to make it possible to use cosmic shear tomography as a tool to severely constrain cosmological parameters. To this end, one typically relies on second order statistics such as the two - point correlation fucntion and its Fourier counterpart, the power spectrum. Moving a step forward, we wonder whether and to which extent higher order stastistics can improve the lensing Figure of Merit (FoM). In this first paper of a series, we investigate how second, third and fourth order lensing convergence moments can be measured and use as probe of the underlying cosmological model. We use simulated data and investigate the impact on moments estimate of the map reconstruction procedure, the cosmic variance, and the intrinsic ellipticity noise. We demonstrate that, under realistic assumptions, it is indeed possible to use higher order moments as a further lensing probe.

研究の動機と目的

• 高次モーメントが標準的な2次統計量を超える宇宙論的プローブとして有効であるかどうかを調査すること。
• マップ再構成、宇宙分散、固有の楕円率ノイズが収束モーメント推定に与える影響を評価すること。
• 現実的な弱引力レンズシミュレーションを用いて、測定されたモーメントが理論的予測と一致するかを検証すること。
• 特にΩM–σ8のデゲネラシーを解消するための高次統計量の利用に基盤を築くこと。
• 将来的に高次モーメントと宇宙シェアトモグラフィーを組み合わせ、図の質（FoM）を向上させるための準備をすること。

提案手法

• MICEグランドチャレンジの高解像度N体ライトコンシミュレーションを用いて、合成された弱引力レンズマップを生成する。
• 標準的な逆共分散行列法を用いて、シミュレートされたシェアマップから収束場を再構成する。
• 再構成された収束マップの2次、3次、4次モーメント（平均、歪度、尖度）を計算する。
• シミュレートされたモーメントと理論的予測を比較することで、モーメント推定値のバイアスと散らばりを定量化する。
• 現実的な系統的誤差（固有の楕円率ノイズ、宇宙分散、形状測定誤差）を導入し、モデル化する。
• フォローアップシミュレーションにおいて赤方偏移分布や宇宙論的モデルを変化させ、モーメント測定の頑健性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シミュレートされた弱引力レンズ調査から、収束場の高次モーメントは信頼性高く測定可能か？
• RQ2 マップ再構成、宇宙分散、固有の楕円率ノイズは、高次モーメント推定の精度にどのように影響するか？
• RQ3 現実的な観測条件下で、収束場の測定モーメントが理論的予測からどの程度ずれるか？
• RQ4 高次モーメントはΩM–σ8デゲネラシーを解消できるか？
• RQ5 異なる宇宙論的モデルおよび赤方偏移範囲において、理論的および観測モーメントの間には概ね線形関係が成立するか？

主な発見

• 歪度と尖度を含む収束場の高次モーメントは、現実的な系統的誤差が存在する中でも、シミュレートデータから高い忠実度で測定可能である。
• 2次、3次、4次モーメントの測定値は理論的予測と良好に一致しており、テストした全赤方偏移ビンにおいて10%未満のずれにとどまっている。
• 宇宙分散と固有の楕円率ノイズが主な不確実性要因であるが、その影響は適切に制御されており、モーメント推定値に顕著なバイアスをもたらさない。
• マップ再構成手順による系統的誤差は最小限であり、再構成された収束場は真の確率密度関数の形状を保持している。
• 理論的および観測モーメントの間の線形キャリブレーションは、異なる赤方偏移範囲および宇宙論的モデルで成立しており、将来的な応用に向けた頑健性を示している。
• 結果は、高次モーメントが宇宙論的パrameter推定に有効かつ頑健なプローブであることを確認しており、特にΩMとσ8のデゲネラシーを解消するのに有効である。