[論文レビュー] Improved WiggleZ Dark Energy Survey Distance Measurements to z = 1 with Reconstruction of the Baryonic Acoustic Feature

Eyal Kazin, Jun Koda+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 18

ひとこと要約

この論文は、WiggleZ暗黒エネルギー調査からの宇宙距離の測定を、バリオン音響特徴の再構築を適用することで改善し、赤方偏移 $z \approx$ 0.44、0.6、0.73における $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$ で 3.4%–4.8% の精度を達成した—これは最大で 2.5 倍の体積を持つ調査に相当する。結果は平坦な ΛCDM と整合的であり、$H_0 = 67.15 \pm 0.98$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$ を制約した。

ABSTRACT

We present significant improvements in cosmic distance measurements from the WiggleZ Dark Energy Survey, achieved by applying the reconstruction of the baryonic acoustic feature technique. We show using both data and simulations that the reconstruction technique can often be effective despite patchiness of the survey, significant edge effects and shot-noise. We investigate three redshift bins in the redshift range 0.2<$z$<1, and in all three find improvement after reconstruction in the detection of the baryonic acoustic feature and its usage as a standard ruler. We measure model independent distance measures $D_{\mathrm V}(r_{\mathrm s}^\mathrm{fid}/r_{\mathrm s})$ of 1716 $\pm$ 83 Mpc, 2221 $\pm$ 101 Mpc, 2516 $\pm$ 86 Mpc (68% CL) at effective redshifts z = 0.44, 0.6, 0.73, respectively, where $D_{\mathrm V}$ is the volume-average-distance, and $r_{\mathrm s}$ is the sound horizon at the end of the baryon drag epoch. These significantly improved 4.8, 4.5 and 3.4 percent accuracy measurements are equivalent to those expected from surveys with up to 2.5 times the volume of WiggleZ. These measurements are fully consistent with cosmologies allowed by the analyses of the Planck Collaboration and the Sloan Digital Sky Survey.We provide the $D_{\mathrm V}(r_{\mathrm s}^\mathrm{fid}/r_{\mathrm s})$ posterior probability distributions and their covariances. When combining these measurements with temperature fluctuations measurements of Planck, the polarization of WMAP9, and the 6dF Galaxy Survey baryonic acoustic feature, we do not detect deviations from a flat LCDM model. Assuming this model we constrain the current expansion rate to $H_0$ = 67.15 $\pm$ 0.98 kms$^{-1}$Mpc$^{-1}$. Allowing the equation of state of dark energy to vary we obtain $w_\mathrm{DE}$ = -1.080 $\pm$ 0.135. When assuming a curved LCDM model we obtain a curvature value of $\Omega_{\mathrm K}$ = -0.0043 $\pm$ 0.0047.

研究の動機と目的

• WiggleZ暗黒エネルギー調査からの宇宙距離測定を、バリオン音響特徴の再構築を用いて改善すること。
• 調査の欠片状態、端効果、散粒ノイズの存在下での再構築の有効性を評価すること。
• 赤方偏移 $z \approx$ 0.44、0.6、0.73 における体積平均距離 $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$ の正確でモデルに依存しない測定を提供すること。
• 平坦な ΛCDM モデルとの整合性を検証し、$H_0$、$w_{\mathrm{DE}}$、$\Omega_{\mathrm{K}}$ などの宇宙論的パラメータを制約すること。

提案手法

• バリオン音響特徴の再構築をWiggleZ銀河クラスタリングデータに適用し、広帯域の平滑化を低減し、音響ピーク検出の精度を向上させること。
• 実際の調査条件（欠片状態や端効果を含む）下での再構築の有効性を検証するためのシミュレーションの使用。
• 3つの赤方偏移チャンク（$z = 0.44$、$0.6$、$0.73$）における $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$ のモデルに依存しない距離指標としての測定。
• 宇宙論的パラメータを制約するため、WiggleZの測定値をPlanck CMB温度揺らぎ、WMAP9偏光、6dF銀河調査データと組み合わせること。
• 正確なパrameter推定を可能にするために、$D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$ の事後確率分布と共分散を導出すること。
• 尤度解析を通じて、平坦な ΛCDM、変化する $w_{\mathrm{DE}}$、曲率のある LCDM などの宇宙論的モデルを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WiggleZのような欠片状態でノイズの強い調査において、バリオン音響特徴の再構築は距離測定を顕著に改善できるか？
• RQ2 再構築は、距離推定における調査端効果や散粒ノイズの制限をどの程度軽減するか？
• RQ3 赤方偏移 $z \approx$ 0.44、0.6、0.73 における $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$ 測定値はどの程度の精度か？
• RQ4 改善された測定値は、平坦な ΛCDM モデルからのずれを検出できるか、それとも $H_0$ と $w_{\mathrm{DE}}$ をより厳密に制約できるか？
• RQ5 非平坦幾何学を許容した場合、曲率 $\Omega_{\mathrm{K}}$ に対する制約は何か？

主な発見

• 再構築技術は、欠片状態、端効果、散粒ノイズの影響があるにもかかわらず、WiggleZ調査におけるバリオン音響特徴の検出を顕著に改善した。
• 測定された $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$ 値は、$z = 0.44$ で 1716 ± 83 Mpc、$z = 0.6$ で 2221 ± 101 Mpc、$z = 0.73$ で 2516 ± 86 Mpc であり、精度は 3.4%–4.8% であった。
• この精度水準は、WiggleZの体積の最大 2.5 倍の体積を持つ調査で得られるものと同等である。
• これらの測定値は、Planck やスローン・ディジタル・スカイ・サーベイの分析が支持する平坦な ΛCDM モデルと完全に整合した。
• Planck および WMAP9 データと組み合わせることで、平坦な ΛCDM の仮定の下で $H_0 = 67.15 \pm 0.98$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$ を得た。
• $w_{\mathrm{DE}}$ を変化可能とすると $w_{\mathrm{DE}} = -1.080 \pm 0.135$ となり、曲率のある LCDM モデルを仮定すると $\Omega_{\mathrm{K}} = -0.0043 \pm 0.0047$ となった。