[論文レビュー] On the "Lensing is Low" of BOSS Galaxies

Ying Zu|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、ハロ質量に依存する衛星選別関数を導入したハロ占有分布（HOD）モデルを用いて、BOSS銀河における「レンズ効果が小さい」という乖離を解消した。小スケール銀河-銀河レンズ効果、クラスタリング、星質量関数を過剰に予測せずに正確に再現した。主な結果は、BOSSの選別が特定の質量のハロにいる衛星を優先的にターゲットにしていることにより、$<1\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$ の1ハロ領域における顕著な矛盾が解消されることである。

ABSTRACT

Recently, Leauthaud et al discovered that the small-scale lensing signal of Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) galaxies is up to 40% lower than predicted by the standard models of the galaxy-halo connections that reproduced the observed galaxy stellar mass function (SMF) and clustering. We revisit such "lensing is low" discrepancy by performing a comprehensive Halo Occupation Distribution (HOD) modelling of the SMF, clustering, and lensing of BOSS LOWZ and CMASS samples at Planck cosmology. We allow the selection function of satellite galaxies to vary as a function of stellar mass as well as halo mass. For centrals we assume their selection to depend only on stellar mass, as informed by the directly measured detection fraction of the redMaPPer central galaxies. The best-fitting HOD successfully describes all three observables without over-predicting the small-scale lensing signal. This indicates that the model places BOSS galaxies into dark matter halos of the correct halo masses, thereby eliminating the discrepancy in the one-halo regime where the signal-to-noise of lensing is the highest. Despite the large uncertainties, the observed lensing amplitude above 1 Mpc/h remains inconsistent with the prediction, which is however firmly anchored by the large-scale galaxy bias measured by clustering at Planck cosmology. Therefore, we demonstrate that the "lensing is low" discrepancy on scales below 1 Mpc/h can be fully resolved by accounting for the halo mass dependence of the selection function. Lensing measurements with improved accuracy is required on large scales to distinguish between deviations from Planck and non-linear effects from galaxy-halo connections.

研究の動機と目的

• 標準的な銀河-ハロモデルが予測するのとは30–40%も小さい観測小スケールレンズ効果を示すBOSS CMASSおよびLOWZ銀河における継続的な「レンズ効果が小さい」という乖離を解消すること。
• 乖離が、銀河-ハロ接続モデルにおけるBOSSスペクトロスコピックターゲット選別関数の不十分なモデル化、特にハロ質量および星質量への依存性に起因するかどうかを調査すること。
• Planck $\Lambda$CDMフレームワーク内において、大スケール銀河バイアス（クラスタリングから得られる）と小スケールレンズ効果の振幅の間にある緊張を解消すること。
• 衛星検出率がホストハロ質量および銀河星質量の両方に依存するように許容した場合、レンズ効果の不足が解消されることを示すこと。

提案手法

• 星質量（$M_*$）およびホストハロ質量（$M_h$）に依存する2次元衛星選別関数を備えた拡張されたハロ占有分布（HOD）モデルを適用し、ハロ質量依存の完全性を許容する。
• 赤マップパー赤方偏移クラスタからの中心銀河検出率の直接測定値を用いて、中心銀河選別関数を制約し、クラスタ範囲ではハロ質量に依存しないことが判明した。
• 各赤方偏移ビンの銀河を3つの星質量サブサンプルに分け、大スケールクラスタリング（$w_p$）測定値を用いて衛星率およびその$M_*$と$M_h$への依存性をよりよく制約する。
• CMASSおよびLOWZサンプルの両方について、観測された星質量関数（$\phi$）、射影クラスタリング（$w_p$）、銀河-銀河レンズ効果（$\Delta\Sigma$）を、Planck宇宙論のもとで同時にモデルにフィットする。
• CMASSの高赤方偏移域において特に顕著な、特定の質量のハロから衛星を優先的に選別するBOSSの色-等級選別カットを、モデル化してその影響を評価する。
• EzGalソフトウェアを用いて銀河スペクトルエネルギー分布をモデル化し、サンプル間で一貫した星質量推定値を得る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BOSS銀河における「レンズ効果が小さい」という乖離は、銀河-ハロ接続モデルにおけるスペクトロスコピック選別関数の誤った特徴付けに起因するか？
• RQ2 ハロ質量依存の衛星選別関数を導入することで、Planck $\Lambda$CDM宇宙論内での小スケールレンズ効果と大スケールクラスタリングの間の緊張を解消できるか？
• RQ3 BOSSのターゲット選別はどのように特定の質量のハロにいる衛星を優先的にターゲットにしているか？その傾向は赤方偏移および星質量にどのように依存するか？
• RQ4 スケール $>1\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$ における観測レンズ効果振幅が予測と一致しないのは、宇宙論的パラメータの不一致か、非線形銀河-ハロ物理学の欠落によるものか？

主な発見

• 最良にフィットしたHODモデルは、CMASSおよびLOWZ両サンプルについて、観測された星質量関数、射影クラスタリング（$w_p$）、小スケール銀河-銀河レンズ効果（$\Delta\Sigma$）を過剰に予測せずに正確に再現した。
• 1\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$ 未満のレンズ効果不足は、ハロ質量依存の衛星選別関数を導入することで完全に解消され、BOSS銀河が正しい質量のハロに配置されていることが示された。
• LOWZの選別はより大きなハロにいる衛星を優先的にターゲットにしているが、CMASSは特に高赤方偏移域で低星質量の衛星をより多く、低質量ハロから選別している。
• 衛星検出率は星質量が低下するに従い減少し、その低下傾向は低質量ハロでより急激である。これは、赤方偏移とともに青色銀河割合が増加し、ハロ質量に伴い減少するという観測結果と整合的である。
• 小スケールでは良好な一致が得られたが、大スケールレンズ効果（$>1\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$）は依然として予測と一致せず、しかし大スケールクラスタリングによって強く制約されており、宇宙論を変更しない限り解消できない。
• このモデルは、「レンズ効果が小さい」という乖離は、新しい物理的現象や宇宙論的パラメータの問題ではなく、従来の選別関数モデルにおけるハロ質量依存性の欠落に起因すると示唆している。