[論文レビュー] Mapping the Real Space Distributions of Galaxies in SDSS DR7: II. Measuring the growth rate, linear mass variance and biases of galaxies at redshift 0.1

Feng Shi, Xiaohu Yang+10 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、模擬カタログを用いて精度を検証することで、フラックス制限付きサンプルに実空間の銀河マッピング手法を拡張し、実空間相関関数と銀河バイアスの回復精度を向上させた。SDSS DR7に適用した結果、$z=0.1$における成長率 $f\sigma_8 = 0.464^{+0.040}_{-0.040}$ を測定し、WMAP9と整合的であり、明るさのビンごとのクラスタリングと弱引力レンズデータを組み合わせることで $f$、$\sigma_8$、バイアスのデゲネラシーを解消した。

ABSTRACT

We extend the real-space mapping method developed in Shi et at. (2016) so that it can be applied to flux-limited galaxy samples. We use an ensemble of mock catalogs to demonstrate the reliability of this extension, showing that it allows for an accurate recovery of the real-space correlation functions and galaxy biases. We also demonstrate that, using an iterative method applied to intermediate-scale clustering data, we can obtain an unbiased estimate of the growth rate of structure $f\sigma_8$, which is related to the clustering amplitude of matter, to an accuracy of $\sim 10\%$. Applying this method to the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 7 (DR7), we construct a real-space galaxy catalog spanning the redshift range $0.01 \leq z \leq 0.2$, which contains 584,473 galaxies in the north Galactic cap (NGC). Using this data, we infer $\fss$ at a median redshift $z=0.1$, which is consistent with the WMAP9 cosmology at the $1\sigma$ level. By combining this measurement with the real-space clustering of galaxies and with galaxy-galaxy weak lensing measurements for the same sets of galaxies, we are able to break the degeneracy between $f$, $\sigma_8$, and $b$. From the SDSS DR7 data alone, we obtain the following cosmological constraints at redshift $z=0.1$: $f=$$0.464^{+0.040}_{-0.040}$, $\sigma_8=0.769^{+0.121}_{-0.089}$, and $b=1.910^{+0.234}_{-0.268}$, $1.449^{+0.194}_{-0.196}$, $1.301^{+0.170}_{-0.177}$, and $1.196^{+0.159}_{-0.161}~$ for galaxies within different absolute magnitude bins $^{0.1}{ m M}_r-5\log h=[-23,0, -22.0], [-22,0, -21.0], [-21.0, -20.0]$ and $[-20.0, -19.0]$, respectively.

研究の動機と目的

• 観測調査で一般的に見られるが、明るさに依存する選択効果のため解析が難しいフラックス制限付き銀河サンプルに、実空間マッピング手法を拡張すること。
• アンサンブルの模擬カタログを用いて、実空間相関関数と銀河バイアスを正確に回復できるかを検証すること。
• 中規模スケールのクラスタリングデータに反復的手法を適用し、$z=0.1$ における構造の成長率 $f\sigma_8$ を約10%の精度で測定すること。
• 実空間クラスタリングと銀河-銀河弱引力レンズを組み合わせることで、$f$、$\sigma_8$、バイアスの間のデゲネラシーを解消し、宇宙論的制約を高めること。
• SDSS DR7データを用いて、$z=0.1$ の異なる絶対等級ビンにおける銀河の $f$、$\sigma_8$、バイアスに対する頑健な宇宙論的制約を提供すること。

提案手法

• 本手法は、Shiら（2016）の実空間マッピング技術を、明るさ依存の選択効果をモデル化フレームワークに組み込むことで、フラックス制限付きサンプルに拡張した。
• 本手法の検証にはアンサンブルの模擬銀河カタログが用いられ、実空間相関関数と銀河バイアスを正確に回復できることが確認された。
• 中規模スケールのクラスタリングデータに反復アルゴリズムを適用し、$f\sigma_8$ の不偏推定値を約10%の精度で得た。
• 本手法は、北黄道面に位置するSDSS DR7の実空間銀河カタログを構築した。赤方偏移は $0.01 \leq z \leq 0.2$ をカバーし、銀河数は584,473個であった。
• 宇宙論的制約は、実空間クラスタリングと銀河-銀河弱引力レンズ測定を組み合わせることで得られ、$f$、$\sigma_8$、バイアスの間のデゲネラシーを解消した。
• 分析は、$M_r - 5\log h \in [-23.0, -22.0], [-22.0, -21.0], [-21.0, -20.0], [-20.0, -19.0]$ の4つの絶対等級ビンに分けて実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDSSのような調査で一般的に見られるフラックス制限付き銀河サンプルに、実空間マッピング手法を信頼性高く拡張できるか。
• RQ2 明るさに依存する選択効果がある中で、本手法が真の実空間相関関数と銀河バイアスをどの程度正確に回復できるか。
• RQ3 中規模スケールのクラスタリングデータに反復手法を適用した場合、$z=0.1$ における成長率 $f\sigma_8$ 測定の精度はどの程度か。
• RQ4 測定された $f$、$\sigma_8$、バイアスの値は、$z=0.1$ における WMAP9 宇宙論モデルとどの程度一致するか。
• RQ5 実空間クラスタリングと銀河-銀河弱引力レンズを組み合わせることで、SDSS DR7データにおける $f$、$\sigma_8$、バイアスのデゲネラシーを解消できるか。

主な発見

• 模擬カタログによる検証により、本手法は実空間相関関数と銀河バイアスを高い精度で回復できることを確認した。
• 反復手法を用いた結果、$z=0.1$ における成長率 $f\sigma_8$ は約10%の精度で測定され、$f\sigma_8 = 0.464^{+0.040}_{-0.040}$ となった。
• 測定された $f\sigma_8$ 値は、1$\sigma$ の信頼水準で WMAP9 宇宙論モデルと整合的であった。
• 絶対等級ビン $M_r - 5\log h \in [-23.0, -22.0]$ の銀河では、$f = 1.449^{+0.194}_{-0.196}$、$\sigma_8 = 0.769^{+0.121}_{-0.089}$、$b = 1.910^{+0.234}_{-0.268}$ の制約が得られた。
• 最も明るくない等級ビン $M_r - 5\log h \in [-20.0, -19.0]$ では、$f = 1.196^{+0.159}_{-0.161}$、$\sigma_8 = 0.769^{+0.121}_{-0.089}$、$b = 1.301^{+0.170}_{-0.177}$ の制約が得られた。
• 実空間クラスタリングと弱引力レンズの組み合わせにより、$f$、$\sigma_8$、バイアスの間のデゲネラシーが成功裏に解消され、等級ビンごとに頑健な宇宙論的制約が得られた。