[論文レビュー] KiDS+VIKING+GAMA: Halo occupation distributions and correlations of satellite numbers with a new halo model of the galaxy-matter bispectrum for galaxy-galaxy-galaxy lensing

Laila Linke, P. Šimon+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 92被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、銀河-銀河-銀河強引力レンズ効果（G3L）のための新しいハロー・モデルを提示し、ハロー占有分布（HOD）と異なる銀河集団における準惑星銀河数の相関を制約する。KiDS+VIKING+GAMAデータからのG3L信号を用いて、10^13 M⊙を超えるハローにおいて、赤銀河と青銀河の準惑星数に強く質量依存性のある相関（>3σ）が存在することを発見した。これは、標準的な仮定である異なる集団の準惑星数が相関を持たないという前提に反し、宇宙論的およびモックカタログ応用におけるより正確なHOD推定を可能にする。

ABSTRACT

Halo models and halo occupation distributions (HODs) are important tools to model the galaxy and matter distribution. We present and assess a new method for constraining the parameters of HODs using the gravitational lensing shear around galaxy pairs, galaxy-galaxy-galaxy-lensing (G3L). In contrast to galaxy-galaxy-lensing, G3L is sensitive to correlations between the per-halo numbers of galaxies from different populations. We use G3L to probe these correlations and test the default hypothesis that they are negligible. We derive a halo model for G3L and validate it with realistic mock data from the Millennium Simulation and a semi-analytic galaxy model. Then, we analyse public data from the Kilo-Degree Survey (KiDS), the VISTA Infrared Kilo-Degree Galaxy Survey (VIKING) and data from the Galaxy And Mass Assembly Survey (GAMA) to infer the HODs of galaxies at $z<0.5$ in five different stellar mass bins between $10^{8.5}h^{-2} M_\odot$ and $10^{11.5}h^{-2} M_\odot$ and two colours (red and blue), as well as correlations between satellite numbers. The analysis recovers the true HODs in the simulated data within the $68\%$ credibility range. The inferred HODs vary significantly with colour and stellar mass. There is also strong evidence ($>3\sigma$) for correlations, increasing with halo mass, between the numbers of red and blue satellites and galaxies with stellar masses below $10^{10} \Msun. Possible causes of these correlations are the selection of similar galaxies in different samples, the survey flux limit, or physical mechanisms like a fixed ratio between the satellite numbers of distinct populations. The decorrelation for halos with smaller masses is probably an effect of shot noise by low-occupancy halos. The inferred HODs can be used to complement galaxy-galaxy-lensing or galaxy clustering HOD studies or as input to cosmological analyses and improved mock galaxy catalogues.

研究の動機と目的

• 銀河-銀河-銀河レンズ効果（G3L）のためのハロー・モデルを開発し、標準的な2点統計を超えて銀河分布の高次相関を調べること。
• ハロー・モデルにおける標準的仮定、すなわち異なる銀河集団（例：赤 vs. 青）の準惑星数が相関を持たないという仮定を検証すること。
• KiDS、VIKING、GAMAの実データを用いて、5つの星等級質量チャンクと2つの色で、HODと準惑星数のクロス相関を推定すること。
• ミレニアム・シミュレーションからのモックデータと半古典的銀河を用いてモデルを検証し、系制度に強く依存しない信頼性を確認すること。
• 将来のレンズ効果調査が非ポisson的準惑星数分散と相関のある銀河集団を含めるためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• 異なる銀河サンプル間の準惑星数のクロス相関を組み込んだ、銀河-物質バイスペクトルとG3L信号のためのハロー・モデルを開発する。
• リムパー近似を用いて3次元バイスペクトルを2次元角度統計に投影し、G3L信号の効率的計算を可能にする。
• ベイズ的推論フレームワークを実装し、実データからのG3L測定値を用いてHODパラメータと準惑星数相関を制約する。
• 半古典的銀河で埋められたミレニアム・シミュレーションからのモックデータ（Henriques et al. 2015）を用いてモデルを検証し、真のHODが68%信用区間内に正確に回復されることを確認した。
• KiDS、VIKING、GAMAの公開データを用い、GAMA選択レンズとKiDS+VIKING源を用いて、5つの星等級質量チャンクと2つの色でG3Lを測定する。
• SAMからの実際の分散を含む・含まない場合の予測を比較することで、非ポisson的準惑星数分散の影響を評価し、統計誤差内では無視できることが判明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる銀河集団間の準惑星数が相関を持たないと仮定するのは、実データでも成り立つか？
• RQ2 G3Lは、標準的な銀河-銀河レンズ効果を上回る形でHODと準惑星数のクロス相関を制約できるか？
• RQ3 赤絶対星等級と銀河色に応じて、z=0.5未満のハロー内でのHODと準惑星数相関はどのように変化するか？
• RQ4 非ポisson的準惑星数分散は、G3Lに基づくHOD推定にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 このG3Lハロー・モデルは、宇宙論的調査のためのモック銀河カタログの現実性を向上させるために使用できるか？

主な発見

• シミュレーテッド・データにおいて、すべての銀河サンプルで68%信用区間内に真のHODが正確に回復された。これはモデルの堅牢性を確認するものである。
• モデルの最良適合予測は、95%信頼水準で観測されたG3L信号と一致しており、実データにおける予測能力を検証した。
• 赤銀河は質量が ≳10^12 M⊙ のより大きなハローに偏って存在することが判明した。一方、青銀河は質量が ≳10^11 M⊙ のハローに存在する。これは、色に依存したハロー占有の強い証拠である。
• 赤銀河と青銀河の準惑星数間に強い正の相関（>3σ）が存在し、ハロー質量とともに増加する。特に10^13 M⊙を超えるハローで顕著である。
• 低質量ハローにおける準惑星数の非相関は、物理的反相関ではなく、低占有系によるショットノイズによるものであると考えられる。
• 推定されたHODと相関関係は、銀河偏りモデルのスケール範囲を拡張することで、モック銀河カタログの改善と宇宙論的推定の向上に利用できる。