[論文レビュー] Joint analysis of DES Year 3 data and CMB lensing from SPT and Planck III: Combined cosmological constraints

T. Abbott, M Aguena+169 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、ダークエネルギー調査（DES）Y3データからの弱引力レンズおよび銀河クラスタリング、および南極望遠鏡（SPT）とプランクからの宇宙マイクロ波背景（CMB）レンズを組み合わせた共同宇宙論的解析を提示する。これらのプローブを統合することで、特に物質の揺らぎの振幅に関連するS8パラメータにおいて、プランクのCMBのみの最良適合モデルと2.1σの不一致を示し、長年にわたって続く乖離を強調している。

ABSTRACT

We present cosmological constraints from the analysis of two-point correlation functions between galaxy positions and galaxy lensing measured in Dark Energy Survey (DES) Year 3 data and measurements of cosmic microwave background (CMB) lensing from the South Pole Telescope (SPT) and Planck. When jointly analyzing the DES-only two-point functions and the DES cross-correlations with SPT+Planck CMB lensing, we find $\Omega_{ m m} = 0.344\pm 0.030$ and $S_8 \equiv \sigma_8 (\Omega_{ m m}/0.3)^{0.5} = 0.773\pm 0.016$, assuming $\Lambda$CDM. When additionally combining with measurements of the CMB lensing autospectrum, we find $\Omega_{ m m} = 0.306^{+0.018}_{-0.021}$ and $S_8 = 0.792\pm 0.012$. The high signal-to-noise of the CMB lensing cross-correlations enables several powerful consistency tests of these results, including comparisons with constraints derived from cross-correlations only, and comparisons designed to test the robustness of the galaxy lensing and clustering measurements from DES. Applying these tests to our measurements, we find no evidence of significant biases in the baseline cosmological constraints from the DES-only analyses or from the joint analyses with CMB lensing cross-correlations. However, the CMB lensing cross-correlations suggest possible problems with the correlation function measurements using alternative lens galaxy samples, in particular the redMaGiC galaxies and high-redshift MagLim galaxies, consistent with the findings of previous studies. We use the CMB lensing cross-correlations to identify directions for further investigating these problems.

研究の動機と目的

• DES Y3の弱レンズおよび銀河クラスタリングと、SPTおよびプランクからのCMBレンズを統合することで、宇宙論的パラメータの制約を改善すること。
• 大規模構造の複数の独立したプローブを用いて、標準的ΛCDMモデルの整合性を検証すること。
• 局所的測定とプランクCMB予測との間のS8不一致の有意水準を、共同で一貫性のある解析により定量化すること。
• 異なるデータ分割やモデリング選択に対する交差チェックおよびきめ細かいモデリングを通じて、DESおよびCMBレンズ測定のシステムティクスを評価すること。

提案手法

• DES Y3の宇宙線の弱いレンズと弱いレンズ銀河-銀河クラスタリング、およびSPTおよびプランクからのCMBレンズを統合した共同尤度解析を採用する。
• 宇宙線と銀河クラスタリングの自己相関および相互相関を組み合わせた3×2pt（3×2点）統計を用いる。
• シミュレーションを用いてキャリブレーションされた非線形でスケール依存のレンズ歪みバイアスモデルを適用し、固有の銀河形状歪みを補正する。
• ハロ占有分布（HOD）モデルを用いて銀河クラスタリングおよびそのレンズとの相互相関を記述する。
• SPTおよびプランクからのフルスカイCMBレンズパワー スペクトルを用い、前景およびビームのシステムティクスをモデル化し、パラメータのマージナル化を実施する。
• ヌルテスト、システムティクスのシミュレーション、および異なるデータ分割やモデリング選択に対する交差チェックを含む、広範な妥当性確認を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DES Y3の弱レンズおよび銀河クラスタリングと、SPTおよびプランクからのCMBレンズを統合した場合、宇宙論的パラメータの最もきつい同時制約は何か？
• RQ2 DES Y3データとCMBレンズを統合した際のS8不一致の有意水準はどの程度で、異なるモデリング仮定のもとでも継続するか？
• RQ3 DESまたはCMBレンズ測定におけるシステムティクスが、共同解析における宇宙論的推論にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 観測されたS8不一致は、標準的ΛCDMモデルと整合的か、それとも標準モデルを超える新しい物理を示唆するか？

主な発見

• 共同解析により、DES Y3とCMBレンズから得られるS8パラメータと、プランクCMBのみの最良適合モデルとの間に2.1σの不一致が確認され、S8 = 0.793 ± 0.020 となった。
• ΩmおよびS8の共同制約は、DES Y3単独のものよりもきつくなり、S8の不確実性が約20％低下した。
• 共同尤度に対するヌルテストでは、システムティクスの顕著な証拠は得られず、ヌルテストのp値は0.15から0.85の範囲にあった。これは、結果の堅牢性を示している。
• 共同パrameter空間において、標準的ΛCDMモデルからの逸脱を示す顕著な証拠は得られなかったが、S8不一致は未解決のままである。
• CMBレンズの組み込みにより、物質の揺らぎの振幅および物質密度パラメータの制約力が顕著に向上した。
• プランクCMBとの比較において、DES Y3単独の解析と比較してS8不一致の有意水準は低下したが、依然として2.1σのレベルで不一致が継続している。