[論文レビュー] KiDS & Euclid: Cosmological implications of a pseudo angular power spectrum analysis of KiDS-1000 cosmic shear tomography

E. Branchini, Konrad Kuijken+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 19被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、Euclidミッション向けに開発された、特化した擬似角振幅スペクトル推定器を用いて、KiDS-1000のトモグラフィー的弱レンズ効果を分析し、5つの赤方偏移チャンクに分けられた2100万個の銀河を対象とした。76 < ℓ < 1500の範囲で宇宙のせん断スペクトルを測定し、ΛCDMモデル下でS₈ = 0.754⁺⁰.⁰²⁷₋₀.⁰²⁹を算出。SDSSおよびライマン-αデータと組み合わせると、0.771⁺⁰.⁰⁰⁶₋₀.⁰³²に高精度化され、初期宇宙のCMB制約と約3σの不一致を確認。

ABSTRACT

We present a tomographic weak lensing analysis of the Kilo Degree Survey Data Release 4 (KiDS-1000), using a new pseudo angular power spectrum estimator (pseudo-$C_{\ell}$) under development for the ESA Euclid mission. Over 21 million galaxies with shape information are divided into five tomographic redshift bins, ranging from 0.1 to 1.2 in photometric redshift. We measured pseudo-$C_{\ell}$ using eight bands in the multipole range $76<\ell<1500$ for auto- and cross-power spectra between the tomographic bins. A series of tests were carried out to check for systematic contamination from a variety of observational sources including stellar number density, variations in survey depth, and point spread function properties. While some marginal correlations with these systematic tracers were observed, there is no evidence of bias in the cosmological inference. B-mode power spectra are consistent with zero signal, with no significant residual contamination from E/B-mode leakage. We performed a Bayesian analysis of the pseudo-$C_{\ell}$ estimates by forward modelling the effects of the mask. Assuming a spatially flat $\Lambda$CDM cosmology, we constrained the structure growth parameter $S_8 = \sigma_8(\Omega_{ m m}/0.3)^{1/2} = 0.754_{-0.029}^{+0.027}$. When combining cosmic shear from KiDS-1000 with baryon acoustic oscillation and redshift space distortion data from recent Sloan Digital Sky Survey (SDSS) measurements of luminous red galaxies, as well as the Lyman-$\alpha$ forest and its cross-correlation with quasars, we tightened these constraints to $S_8 = 0.771^{+0.006}_{-0.032}$. These results are in very good agreement with previous KiDS-1000 and SDSS analyses and confirm a $\sim 3\sigma$ tension with early-Universe constraints from cosmic microwave background experiments.

研究の動機と目的

• Euclidミッション向けに開発された新しい擬似角振幅スペクトル推定器を、KiDS-1000の宇宙のせん断データに適用し、宇宙論的制約を改善すること。
• 弱レンズスペクトルに及ぼす観測的要因（星の密度、調査深度、PSFの変動など）による系統的汚染の有無を検証すること。
• E/Bモード漏れおよび残留系誤差のプローブとしてのBモードスペクトルの有意性を評価すること。
• KiDS-1000のせん断データと外部データセットを用いて、空間的に平坦なΛCDMモデル下での構造成長パラメータS₈を制約すること。
• 晩期宇宙における弱レンズ測定結果が、宇宙マイクロ波背景実験による初期宇宙制約と整合するかを評価すること。

提案手法

• Euclidミッション向けに開発された擬似角振幅スペクトル推定器（擬似-Cℓ）を、KiDS-1000の宇宙のせん断データに適用し、2100万個の銀河を5つの光度赤方偏移チャンク（0.1 ≤ z ≤ 1.2）に分けた。
• 76 < ℓ < 1500の多極範囲で、8つの光度バンドにおける自己およびクロススペクトルを測定した。
• 星の数密度、調査深度の変動、PSF特性からの系統的影響を相関解析によりテストし、潜在的なバイアスを評価した。
• 調査マスクの影響をベイジアンフレームワーク内で前方モデル化し、正確な尤度推定を保証した。
• E/Bモード漏れおよび残留系誤差のテストのため、Bモードスペクトルを含めた分析を行った。
• 平坦なΛCDMモデル下でS₈の制約を導出し、KiDS-1000のせん断データをSDSS BAO、RSD、およびライマン-αフォレストデータと組み合わせた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 KiDS-1000の宇宙のせん断データに適用された擬似-Cℓ推定器は、系統的汚染のない頑健な宇宙論的制約を提供するか？
• RQ2 星の密度やPSFの変動といった観測的系誤差が、測定されたスペクトルにどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 Bモードスペクトルに顕著な残留E/Bモード漏れが存在するか、これは系統的バイアスを示唆するか？
• RQ4 KiDS-1000から得られたS₈制約は、初期宇宙のCMB実験からのものとどのように比較されるか？
• RQ5 SDSSおよびライマン-αフォレスト観測からの外部データセットと組み合わせることで、S₈の精度はどの程度向上するか？

主な発見

• 擬似-Cℓ推定器は、星の密度、調査深度、PSFの変動といった系統的トレーサーからの顕著なバイアスなしに、76 < ℓ < 1500の範囲で宇宙のせん断スペクトルを正確に測定できた。
• Bモードスペクトルはゼロと整合的であり、顕著な残留E/Bモード漏れや系誤差は認められなかった。
• 平坦なΛCDMモデル下で、KiDS-1000単独でのS₈パラメータは0.754⁺⁰.⁰²⁷₋₀.⁰²⁹に制約された。
• SDSS BAO、RSD、およびライマン-αフォレストデータと組み合わせると、S₈制約は0.771⁺⁰.⁰⁰⁶₋₀.⁰³²に高精度化された。
• 組み合わせたS₈結果は、依然として初期宇宙のCMB実験からの制約と約3σの不一致を示した。
• 結果は、以前のKiDS-1000およびSDSS分析と整合的であり、擬似-Cℓ手法が将来的なEuclid宇宙論に於いても頑健であることを検証した。