[論文レビュー] Optical Cluster Cosmology with SDSS redMaPPer clusters and HSC-Y3 lensing measurements

Tomomi Sunayama, Hironao Miyatake+10 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, PhenomenaPhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、SDSS redMaPPerカタログとHSC-Y3弱引力レンズデータを用いて、投影効果とバリオン核反動の影響を考慮した完全なフォワードモデリング手法を採用した、ギャラクシー団のブラインドで共同的な宇宙論的解析を提示している。解析により、$ S_8 = 0.816^{+0.041}_{-0.039} $ の頑健な制約が得られ、CMBおよび大規模構造の結果と整合的であり、情報的事前分布を用いないまま偏りのない宇宙論的制約が得られることを示している。

ABSTRACT

We present cosmology results obtained from a blind joint analysis of the abundance, projected clustering, and weak lensing of galaxy clusters measured from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) redMaPPer cluster catalog and the Hyper-Suprime Cam (HSC) Year3 shape catalog. We present a full-forward model for the cluster observables, which includes empirical modeling for the anisotropic boosts on the lensing and clustering signals of optical clusters. We validate our analysis via mock cluster catalogs which include observational systematics, such as the projection effect and the effect of baryonic feedback, and find that our analysis can robustly constrain cosmological parameters in an unbiased manner without any informative priors on our model parameters. The joint analysis of our observables in the context of the flat $Λ$CDM model results in cosmological constraints for $S_8\equiv σ_8 \sqrt{Ω_{ m m} / 0.3}=0.816^{+0.041}_{-0.039}$. Our result is consistent with the $S_8$ inference from other cosmic microwave background- and large scale structure-based cosmology analyses, including the result from the \emph{Planck} 2018 primary CMB analysis.

研究の動機と目的

• 光学的団を用いて、団の数密度、投影クラスタリング、弱引力レンズの共同解析を通じて、宇宙論的パラメータを制約すること。
• 視線方向の投影効果およびフィラメント構造に起因するレンズおよびクラスタリング信号の非等方的ブーストをモデル化・補正すること。
• 投影効果やバリオン核反動を含む観測系乱を再現したリアルなモックカタログを用いて、解析パイプラインの妥当性を検証すること。
• モデルパラメータに情報的事前分布を用いずに、偏りのない宇宙論的制約を達成すること。
• 団の数密度とレンズデータを用いた、自己校正可能な光学的団宇宙論のフレームワークを提供すること。

提案手法

• 団の観測量（豊かさ、投影クラスタリング、弱引力レンズ信号など）をシミュレートするため、完全なフォワードモデリング手法を用いる。
• 視線方向の投影効果およびフィラメント整列に起因するレンズおよびクラスタリング信号の非等方的ブーストを、経験的モデリングにより組み込む。
• 投影効果やバリオン核反動を含むリアルな系乱を再現したモックを生成し、解析の頑健性を検証する。
• 宇宙論的制約を情報的事前分布を用いずに得られるブラインドな方法で解析を実施する。
• 平坦な$\Lambda$CDMモデルを基準宇宙論とし、$S_8 = \sigma_8 \sqrt{\Omega_{\rm m}/0.3}$ を主な宇宙論的制約とする。
• $S_8$および質量-観測量関係の制約を導出するため、マルコフ連鎖モンテカルロ法を用いて事後分布をサンプリングする。

Figure 2: The diagonal components of the covariance matrix for the stacked cluster lensing profiles measured from the SDSS data and the HSC-Y3 data. For the covariance matrix of the HSC-Y3, we show the shear and shape-noise (SN) components of the covariance separately to show the relative contributi

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 団の数密度、クラスタリング、弱引力レンズのブラインドな共同解析は、情報的事前分布を用いずに偏りのない宇宙論的制約をもたらすか？
• RQ2 投影効果およびフィラメント構造は、光学的団のレンズおよびクラスタリング信号に非等方的ブーストをどのように引き起こすか？
• RQ3 バリオン核反動および観測系乱は、光学的団調査における宇宙論的推論にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ4 この光学的団解析から得られる$S_8$の制約は、CMBおよび大規模構造プローブからの結果と整合的か？
• RQ5 完全なフォワードモデリング手法は、系乱を頑健に扱い、自己校正可能なフレームワークで信頼性の高い宇宙論的制約をもたらすか？

主な発見

• 共同解析により、$ S_8 = 0.816^{+0.041}_{-0.039} $ の宇宙論的制約が得られ、Planck 2018および他の大規模構造結果と整合的である。
• モックカタログによる検証により、投影効果やバリオン核反動といった系乱に対して解析が頑健であることが確認された。
• 視線方向の構造に起因するレンズおよびクラスタリング信号の非等方的ブーストを、この手法は効果的にモデル化しており、精度が向上した。
• ブラインド解析フレームワークにより、モデルパrameterに情報的事前分布を必要とせず、偏りのない制約が得られた。
• 系乱が適切にモデル化された場合、光学的団宇宙論が自己校正可能な宇宙論のプローブとして有効であることが支持された。
• 本研究は、写真的団調査が弱引力レンズとフォワードモデリングを組み合わせることで、競争力のある宇宙論的制約を達成できることを示している。

Figure 3: Left: The 68% confidence regions for cosmological parameters of interest, obtained by running our fiducial pipeline on the test mocks assuming no systematics. Different contours indicate the results using the covariance matrix measured from the SDSS data (green) and the HSC-Y3 data (blue).