[論文レビュー] Measuring redshift-space distortions with future SKA surveys

Alvise Raccanelli, Philip Bull+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2015

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 23被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、将来の電波望遠鏡・スケールアレイ（SKA）の観測が赤方偏移空間歪み（RSD）を測定することで、宇宙構造の成長率を制約する可能性を予測している。銀河赤方偏移調査と強度マッピング（IM）の両方を用いて、SKA1のIMは現在の光学的調査と同等の制約を達成でき、Euclidと同等の性能を示す。一方、SKA2は低赤方偏移領域で優れた感度を示し、z ~ 1.5までEuclidを上回る性能を発揮する。

ABSTRACT

The peculiar motion of galaxies can be a particularly sensitive probe of gravitational collapse. As such, it can be used to measure the dynamics of dark matter and dark energy as well the nature of the gravitational laws at play on cosmological scales. Peculiar motions manifest themselves as an overall anisotropy in the measured clustering signal as a function of the angle to the line-of-sight, known as redshift-space distortion (RSD). Limiting factors in this measurement include our ability to model non-linear galaxy motions on small scales and the complexities of galaxy bias. The anisotropy in the measured clustering pattern in redshift-space is also driven by the unknown distance factors at the redshift in question, the Alcock-Paczynski distortion. This weakens growth rate measurements, but permits an extra geometric probe of the Hubble expansion rate. In this chapter we will briefly describe the scientific background to the RSD technique, and forecast the potential of the SKA phase 1 and the SKA2 to measure the growth rate using both galaxy catalogues and intensity mapping, assessing their competitiveness with current and future optical galaxy surveys.

研究の動機と目的

• 将来のSKAの観測が、宇宙構造の成長をプローブする手段として赤方偏移空間歪み（RSD）を測定する可能性を評価すること。
• 現在および近い将来の光学的調査（例：Euclid）と比較して、SKA1およびSKA2の観測が宇宙論的パラメータをどれほど正確に制約できるかを評価すること。
• HI銀河赤方偏移調査と強度マッピングという異なる観測モードが、RSD測定感度に与える影響を調査すること。
• 構造成長のパrameterizedモデルとunparameterizedモデルの両方において、成長率パラメータγおよびfσ8の制約を検討すること。
• SKA1のHI調査の限界と、SKA2およびIMの高精度宇宙論への利点を特定すること。

提案手法

• 本研究では、Fisher行列予測を用いて、SKA1およびSKA2の観測が大規模構造の成長率に与える宇宙論的制約を予測している。
• 標準形式を用いて赤方偏移空間歪みをモデル化し、成長率fとKaiser効果を含め、銀河クラスタリングと強度マッピング技術を統合している。
• RSD測定に影響を及ぼす幾何的補正としてAlcock-Paczynski効果を含め、ハッブル膨張率の追加制約を得ている。
• 2つの宇宙論的モデルフレームワークを検討した：(1) γを自由パラメータとするパラメータ化された成長モデル、(2) fσ8とbσ8を連携観測量として扱う非パラメータ化された成長モデル。
• 特にσ8およびバイアスパラメータの制約精度を向上させるために、PlanckおよびBOSSからの事前分布を組み込んでいる。
• 調査の深さ、赤方偏移チャンク、調査体積を考慮した予測を行い、Euclidおよび他の光学的調査の予想される結果と比較している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SKA1およびSKA2の観測は、大規模構造の成長率を赤方偏移空間歪みを通じてどの程度正確に制約できるか？
• RQ2 SKA1およびSKA2において、HI銀河赤方偏移調査と強度マッピングの両方がRSD測定に与える相対的な性能はいかほどか？
• RQ3 SKAの観測は、将来の光学的調査（例：Euclid）の予想される宇宙論的制約にどの程度まで達するか、あるいはそれを上回るか？
• RQ4 非線形効果や銀河バイアスといった系誤差が、RSD測定の予測精度に与える影響はどの程度か？
• RQ5 SKA1の強度マッピングは、低赤方偏移域において光学的調査と同等のfσ8およびγの制約を達成できるか？

主な発見

• SKA1のHI銀河調査は、成長率パラメータγの制約において、現在の光学的調査や将来の光学的調査と比較して競争力がない。
• SKA1の強度マッピング（IM）は、中赤方偏移域において現在の光学的調査と同等のγの制約を達成でき、Euclidミッションの予想される制約と同等の性能を示す。
• SKA2の銀河調査は、低赤方偏移域において成長率の制約が最も厳しく、この領域ではEuclidを上回る性能を示す。
• fσ8の製品に関しては、SKA2はz ~ 1.5までの赤方偏移域でEuclidと同等の制約を達成する。特に低赤方偏移チャンクにおいて顕著である。
• SKA1のIMモードは、非線形効果が支配的でない低赤方偏移域において、銀河赤方偏移調査の代替手段として有効である。
• 本研究では、非線形効果や超大スケールの系誤差が完全にモデル化されていないものの、予測結果はSKAが構造成長に関する宇宙論的制約でリーダー的役割を果たす可能性を示している。