[論文レビュー] Improved Methods for Estimating Peculiar Velocity Correlation Functions Using Volume Weighting

Yuyu Wang, Sarah Peery+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 103被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、バービオ銀河団に近接している私たちの位置と不均一な調査サンプリングによるバイアスを低減することで、特異速度相関関数の推定を改善するボリューム重み付き最尤推定量を導入する。この手法は、近接する銀河の重みを低減する位置依存の重みを適用し、より正規分布に近い誤差を持つ並進相関関数（Ψ∥）を生成する。これにより、宇宙論的分散が低減され、従来のGorski推定量（ψ1）よりもより頑健な宇宙論的プローブとなる。

ABSTRACT

We present an improved method for calculating the parallel and perpendicular velocity correlation functions directly from peculiar velocity surveys using weighted maximum-likelihood estimators. A central feature of the new method is the use of position-dependent weighting scheme that reduces the influence of nearby galaxies, which are typically overrepresented relative to the more distant galaxies in most surveys. We demonstrate that the correlation functions calculated this way are less susceptible to biases due to our particular location in the Universe, and thus are more easily comparable to linear theory and between surveys. Our results suggest that the parallel velocity correlation function is a promising cosmological probe, given that it provides a better approximation of a Gaussian distribution than other velocity correlation functions and that its bias is more easily minimized by weighting. Though the position weighted parallel velocity correlation function increases the statistical uncertainty, it decreases the cosmic variance and is expected to provide more stable and tighter cosmological parameter constraints than other correlation methods in conjunction with more precise velocity surveys in the future.

研究の動機と目的

• バービオ銀河団に近接していることと不均一な調査サンプリングによって引き起こされる特異速度相関関数のバイアスを是正すること。
• 異なる調査間で比較可能なより安定した相関関数推定量を開発すること。
• 並進および垂直成分を組み合わせた従来の推定量ψ1に見られる非ガウス的宇宙論的分散とバイアスを低減すること。
• 統計的性質と有効な体積探査能力の向上により、特異速度相関関数の宇宙論的有用性を高めること。
• 今後のより深いつながりのある特異速度調査を用いて、よりきめの細かい宇宙論的パラメータ制約を可能にすること。

提案手法

• 並進（Ψ∥）および垂直（Ψ⊥）特異速度相関関数の重み付き最尤推定量を提案する。
• 大多数の調査で過剰に代表されている近接銀河の影響を低減するため、位置依存の重みを適用する。
• 高密度・低距離領域の重みを低減することで有効体積を拡大し、宇宙論的分散を低減する重み付けスキームを用いる。
• 分離ベクトルに沿っておよびそれに対して垂直な方向に分離した相関関数を、3次元速度場に基づいて導出する。
• N体シミュレーション（OuterRim）からのモックカタログを用いて、局所団に類似した観測者位置での性能をテストする。
• モックLG観測者カタログから導出された共分散行列を用いたχ²t統計量を用い、宇宙論的パラメータ制約を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来のGorski（ψ1）推定量における宇宙論的分散の分布と、新しいΨ∥およびΨ⊥推定量との比較は？
• RQ2 私たちがバービオ銀河団に近接していることによって、通常の調査における特異速度相関関数にどの程度バイアスが生じるか？
• RQ3 位置依存の重み付けによりバイアスを低減し、線形理論の予測との一致を改善できるか？
• RQ4 Ψ∥における誤差の統計的分布はψ1と比べてどのように異なるか？これは宇宙論的推論にどのような意味を持つか？
• RQ5 重み付き相関関数推定において、宇宙論的分散の低減と測定不確実性の増加の間のトレードオフはどのようなものか？

主な発見

• 並進特異速度相関関数（Ψ∥）は、ψ1よりもより正規分布に近い誤差分布を示し、より信頼性の高い宇宙論的統計量である。
• 位置重み付きΨ∥は、私たちがバービオ銀河団に近接していることによるバイアスを低減し、線形理論の予測との一致を改善する。
• 重み付き推定量はより大きな有効体積をカバーし、統計的不確実性が増加するにもかかわらず、宇宙論的分散を低減する。
• CF3銀河調査にχ²t統計量を適用した結果、Ωmおよびσ8の宇宙論的制約は、1σの範囲内でプランク結果と整合的であるが、p = 0.5の場合は例外である。
• この手法はfσ8の制約に顕著な改善をもたらさないため、fσ8がΩmに固定された形状依存性を持つため最適でない可能性を示唆している。
• モックカタログのテストでは、重みなしのΨ∥およびΨ⊥は局所団中心のシミュレーションでバイアスが生じ、特に小スケールで顕著であるが、重み付きバージョンはバイアスが低減され、3次元場の推定値とより良好に一致する。