[論文レビュー] Large-Scale Structure and Future Surveys

Daniel J. Eisenstein|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2003

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、CMB よりも小さいスケールで大規模構造の線形領域を調査する、赤方偏移 z≈3 の約50万個の銀河を対象とした大規模な分光的調査を提案する。これにより、バリオン音響振動（BAO）、ハッブル定数、および角度距離の高精度測定が可能となり、ダークエネルギーおよび初期条件をパーセントレベルの精度で制約できる。これは、初期宇宙の物理学および宇宙論的パラメータに関する重要な視点を提供する。

ABSTRACT

As the 2dF Galaxy Redshift Survey and Sloan Digital Sky Survey move toward completion, it is time to ask what the next generation of survey of large-scale structure should be. I discuss some of the cosmological justifications for such surveys and conclude that surveys at z=3 offer a critical advantage in their ability to access linear-regime clustering at scales smaller than any current survey and even the CMB. I discuss a possible implementation of such a survey and highlight some of the potential science return.

研究の動機と目的

• 線形領域からの宇宙論的情報を最大化する次世代の大規模構造調査を特定すること。
• 現在のCMB や局所的調査から得られるものより小さいスケールの線形クラスタリングにアクセスするため、z≈3 を最適な対象とすることを正当化すること。
• 距離およびクラスタリングの非等方性を測定する際、z≈3 における分光的調査が、赤方偏移の写真的測定よりも優れた精度を発揮することを示すこと。
• ダークエネルギー、ニュートリノ質量、初期非ガウス性を含む宇宙論的パラメータの高精度テストを可能にすること。
• 次世代の装置を用いた次世代調査の設計に科学的基盤を提供すること。

提案手法

• 150 deg² の広域で、z≈3 の約50万個の銀河を対象とした分光的調査を提案し、大規模構造の線形領域をマップすること。
• 赤方偏移空間パワースペクトルを用いて、バリオン音響振動（BAO）を測定し、z≈3 におけるハッブル定数および角度距離を抽出すること。
• 視線方向および横方向の距離を測定することで、アッコフ・パツィンスキー（Alcock-Paczynski）テストを活用し、膨張歴史を制約すること。
• CMBの音響ピークの既知の形状を用いて、比に依存しない距離測定をアンカーすること。
• 分光的調査と赤方偏移の写真的測定調査を比較し、系統誤差の制御および3次元モードへのアクセスという点で分光的調査の優位性を強調すること。
• 高精度のクラスタリング統計を用いて、初期パワースペクトルの特徴および線形領域における非ガウス性の感度をモデル化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMB や現在の調査でカバーされていない、最小スケールの線形クラスタリングにアクセスするための最適な赤方偏移範囲は何か？
• RQ2 z≈3 の分光的調査は、他の宇宙論的プローブと比較してダークエネルギーの制約をどのように改善するか？
• RQ3 3次元クラスタリングおよびアッコフ・パツィンスキー歪みを測定するにあたり、分光法が赤方偏移の写真的測定よりもどのような利点を提供するか？
• RQ4 z≈3 の調査は、複数の音響振動を検出可能であり、H(z) および D_A(z) の高精度測定を可能にするか？
• RQ5 z≈3 における線形領域は、初期条件（非ガウス性や原始パワースペクトルの特徴など）を特異に照らす窓口を提供するか？

主な発見

• 150 deg² の領域にわたる約50万個の銀河を対象とした z≈3 の調査は、CMB の一次非等方性よりも2倍小さいスケールまで線形領域を調査可能である。
• この調査では、パワースペクトルに4つの音響振動が検出され、z≈3 におけるハッブル定数および角度距離の高精度測定が可能となる。
• z≈3 における H(z) および D_A(z) の測定は、ダークエネルギーに対する直接的な制約を提供し、CMB データとの一貫性チェックも可能である。
• 分光的調査は、3次元モードおよび混合された径方向・接線方向モードへのアクセスにより、赤方偏移の写真的測定調査と比較して系統誤差の制御が優れている。
• z≈3 における線形領域は、初期パワースペクトルの特徴および非ガウス性に対して特異に感受性を示し、現在の調査を超えた新しい発見の空間を提供する。
• この調査ではクラスタリング統計にパーセントレベルの精度が達成され、バリオン音響振動やニュートリノ質量による抑制効果といった微細な効果の検出が可能となる。