[論文レビュー] Impact of Point Spread Function Higher Moments Error on Weak Gravitational Lensing

Tianqing Zhang, Rachel Mandelbaum+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、画像シミュレーションおよび実際のHSCデータを用いて、ポイントスプレッド関数（PSF）モデルの高次モーメントにおける誤差が弱引力レンズ歪み測定に与える影響を調査した。その結果、このような誤差は約0.05%の乗法的歪みバイアスを引き起こすことが判明した。これは現在の調査では無視できるが、将来のLSSTの宇宙論的解析では有意義である可能性がある。

ABSTRACT

Weak gravitational lensing is one of the most powerful tools for cosmology, while subject to challenges in quantifying subtle systematic biases. The Point Spread Function (PSF) can cause biases in weak lensing shear inference when the PSF model does not match the true PSF that is convolved with the galaxy light profile. Although the effect of PSF size and shape errors - i.e., errors in second moments - is well studied, weak lensing systematics associated with errors in higher moments of the PSF model require further investigation. The goal of our study is to estimate their potential impact for LSST weak lensing analysis. We go beyond second moments of the PSF by using image simulations to relate multiplicative bias in shear to errors in the higher moments of the PSF model. We find that the current level of errors in higher moments of the PSF model in data from the Hyper Suprime-Cam (HSC) survey can induce a $\sim 0.05 $ per cent shear bias, making this effect unimportant for ongoing surveys but relevant at the precision of upcoming surveys such as LSST.

研究の動機と目的

• PSFモデルの高次モーメントにおける不正確さが弱レンズ歪み測定に与える系統的バイアスを評価すること。
• 今後の高精度調査（例：LSST）における系統的要因の要件が厳しいことを踏まえ、これらのバイアスが有意であるかどうかを評価すること。
• 現実的な銀河集団を用いて、PSFの尖度（径方向の4次モーメント）の誤差が歪み推定に与える影響を定量化すること。
• LSSTや同様の調査のための将来のPSFモデリング開発を支援するため、2次モーメントを超える高次PSFモーメントの忠実度を監視する必要性を特定すること。

提案手法

• GalSimシミュレーションを用いて、制御された高次モーメント誤差を持つPSFで畳み込み処理を施した現実的な銀河画像を生成した。
• PSFモデルの高次モーメントにおける誤差から乗法的バイアスを推定するために、重み付き歪み測定法を適用した。
• 実際のHSCパブリックデータリリース1（PDR1）データを用いて、PSFモデルの尖度誤差をキャリブレーションし、現実的な誤差分布を導出した。
• 銀河のサイズ、形状、Sérsic指数の分布をモデル化するために、COSMOSのパラメトリックカタログをシミュレーションに使用した。
• 宇宙論的影響を評価するために、赤方偏移に依存する乗法的バイアスm0を定義および計算した。
• 異なる赤方偏移ビンごとの結果を比較し、バイアスの赤方偏移依存性を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PSFの高次モーメント、特に径方向尖度における誤差が、どの程度の乗法的歪みバイアスを引き起こすか？
• RQ2 歪み応答が銀河の大きさに依存することを考慮すると、銀河の赤方偏移および顕在的サイズに応じて、このバイアスはどのように変化するか？
• RQ3 現在の調査（例：HSC、DES）では無視できるが、LSSTのような将来の調査では、PSF高次モーメント誤差による歪みバイアスは有意義か？
• RQ4 PSFモデリング誤差が、弱レンズ歪み測定における総系統的不確実性にどの程度寄与するか？
• RQ5 将来のPSFモデリングアルゴリズムおよび調査検証プロセスにどのような意味を持つのか？

主な発見

• PSFモデルの径方向4次モーメント（尖度）の誤差は、LSST Y10要件の範囲で約0.05%の乗法的歪みバイアスを引き起こす。
• このバイアスは、統計誤差が大きく、かつ既に系統的誤差が1%未塔レベルに抑えられているHSC、DES、KiDSなどの現在の調査では無視できる。
• 歪みバイアスは赤方偏移に依存しており、主に歪み応答が銀河の顕在的サイズに依存するため、赤方偏移とともに変化する。
• PSFモデルは、より小さいPSFでは尖度を過剰に推定する傾向があり、これがシミュレーションキャリブレーションにおける系統的誤差の要因となっている。
• 本研究では、LSSTや同様の調査のための将来のPSFモデリングパイプラインにおいて、高次PSFモーメントの忠実度を明示的に監視する必要があることを示した。
• 今後の作業として、個々の高次モーメントを分析し、それらのモデリング精度に関する明確な要件を策定する必要があることが示された。