[論文レビュー] Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Two-point Correlation Functions

Xiangchong Li, Tianqing Zhang+33 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 23

ひとこと要約

HSC-Y3の宇宙せん断の2点関数に対するブラインド cosmology 分析は、平坦なΛCDMのもとで Omega_m および S8 の制約をもたらす。結果は他のHSC分析と概ね一致するが、Planck-2018 CMB との約2σの緊張を示す。

ABSTRACT

We perform a blinded cosmology analysis with cosmic shear two-point correlation functions (2PCFs) measured from more than 25 million galaxies in the Hyper Suprime-Cam three-year shear catalog in four tomographic redshift bins ranging from 0.3 to 1.5. After conservative masking and galaxy selection, the survey covers 416 deg$^2$ of the northern sky with an effective galaxy number density of 15 arcmin$^{-2}$ over the four redshift bins. The 2PCFs adopted for cosmology analysis are measured in the angular range: $7.1 < θ/{ m arcmin} < 56.6$ for $ξ_+$ and $31.2 <θ/{ m arcmin} < 248$ for $ξ_-$, with a total signal-to-noise ratio of 26.6. We apply a conservative, wide, flat prior on the photometric redshift errors on the last two tomographic bins, and the relative magnitudes of the cosmic shear amplitude across four redshift bins allow us to calibrate the photometric redshift errors. With this flat prior on redshift errors, we find $Ω_{ m m}=0.256_{-0.044}^{+0.056}$ and $S_8\equiv σ_8 \sqrt{Ω_{ m m}/0.3}=0.769_{-0.034}^{+0.031}$ (both 68\% CI) for a flat $Λ$ cold dark matter cosmology. We find, after unblinding, that our constraint on $S_8$ is consistent with the Fourier space cosmic shear and the 3$ imes$2pt analyses on the same HSC dataset. We carefully study the potential systematics from astrophysical and systematic model uncertainties in our fiducial analysis using synthetic data, and report no biases (including projection bias in the posterior space) greater than $0.5σ$ in the estimation of $S_8$. Our analysis hints that the mean redshifts of the two highest tomographic bins are higher than initially estimated. In addition, a number of consistency tests are conducted to assess the robustness of our analysis. Comparing our result with Planck-2018 cosmic microwave background observations, we find a ~$2σ$ tension for the $Λ$CDM model.

研究の動機と目的

• 物質密度とクラスタリング振幅の手がかりとして、弱重力レンズ効果を用いた精密宇宙論の推進を動機づける。
• 広く深い撮像サーベイから宇宙せん断の2点相関関数を測定し、フォト-zの不確実性を較正する。
• 広範な系統誤差とモデル化不確実性のセットを周辺化し、頑健な宇宙論的制約を得る。
• 外部探査（Planck、DES、KiDS）と結果を比較し、一致性と潜在的な緊張を評価する。

提案手法

• 実空間での宇宙せん断の2点相関関数 _+ および _- を、HSC-Y3 カタログから4つのトモグラフィック赤shiftビンで測定する。
• 23個の宇宙論的・天体物理学的・ノイズパラメータを含むフォワードモデルで2PCFをモデル化する。
• PSF・せん断較正・フォト-z・非線形パワースペクトル・バリオニック物理学の系統を周辺化して、宇宙論パラメータを制約するブラインドなネスト型ベイズ解析を実行する。
• CAMIRA-LRGの相互相関と自己較正技術を用いて、パラメータ推論におけるフォト-z分布を較正する。
• 合成データベクトルと複数の系統モデル変動を用いて頑健性を評価し、S8 の推定におけるバイアスを 0〜2.5σ と報告する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HSC-Y3 の平坦なΛCDMモデル下での宇宙論的制約は何か？
• RQ2 系統的不確実性（PSF モデリング、せん断較正、フォト-z、非線形パワースペクトル、重元素物理学）S8 および Ωm の制約へどのように伝播するか？
• RQ3 HSC-Y3 宇宙せん断の結果は、Planck-2018 CMB測定値および他のレンズ探査（DES、KiDS）と、採用した事前分布とモデルの範囲内で一貫しているか？

主な発見

• Ωm = 0.256_{-0.044}^{+0.056} under a flat ΛCDM model.
• S8 = 0.769_{-0.034}^{+0.031} (S8 d arg) when defined as σ8√(Ωm/0.3).
• Constraints are consistent with Fourier-space cosmic shear and 3×2pt analyses on the same HSC dataset after unblinding.
• No biases (including projection bias in posterior space) greater than 0.5σ in the estimation of S8 are found from systematic tests.
• Mean redshift in the two highest tomographic bins may be higher than initial estimates; several internal consistency checks were conducted.