[論文レビュー] Peeking into the next decade in Large-Scale Structure Cosmology with its Effective Field Theory

Diogo Bragança, Yaniv Donath+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 12

ひとこと要約

この論文は EFTofLSS を用いて DESI と MegaMapper が宇宙論パラメータの制約をどのように改善できるかを予測し、ループ項と EFT パラメータを管理するための摂動性事前情報を導入する。

ABSTRACT

After the successful full-shape analyses of BOSS data using the Effective Field Theory of Large-Scale Structure, we investigate what upcoming galaxy surveys might achieve. We introduce a ``perturbativity prior" that ensures that loop terms are as large as theoretically expected, which is effective in the case of a large number of EFT parameters. After validating our technique by comparison with already-performed analyses of BOSS data, we provide Fisher forecasts using the one-loop prediction for power spectrum and bispectrum for two benchmark surveys: DESI and MegaMapper. We find overall great improvements on the cosmological parameters. In particular, we find that MegaMapper (DESI) should obtain at least a 12$σ$ ($2σ$) evidence for non-vanishing neutrino masses, bound the curvature $Ω_k$ to 0.0012 (0.012), and primordial inflationary non-Gaussianities as follows: $f_{ ext{NL}}^{ ext{loc.}}$ to $\pm 0.26$ (3.3), $f_{ ext{NL}}^{ ext{eq.}}$ to $\pm16$ (92), $f_{ ext{NL}}^{ ext{orth.}}$ to $\pm 4.2$ (27). Such measurements would provide much insight on the theory of Inflation. We investigate the limiting factor of shot noise and ignorance of the EFT parameters.

研究の動機と目的

• 今後の銀河分布調査が EFTofLSS の全形状解析で何を達成できるかを評価する。
• 多くの EFT パラメータを含む予測を安定化させるための摂動性事前情報を導入・検証する。
• 1 ループのパワースペクトルとビスペクトルを用いた DESI と MegaMapper の Fisher 予測を提供する。
• 既存の BOSS 分析と予測手法を検証する。
• ショットノイズとEFTパラメータの知識の制限要因を強調する。

提案手法

• パワースペクトルとビスペクトルに対して1-ループの EFTofLSS 予測を用いる。
• 視線方向の全ての多重極と2つの赤方偏移ビンを含むFisher行列を計算する。
• 赤方偏移ビンを Fisher 行列を足し合わせることで結合し、赤方偏移に依存する共分散を考慮する。
• EFT パラメータの知識に関する3つのシナリオを実装する：固定、銀河形成事前、摂動性事前。
• ニュートリノ質量・曲率・原始的非ガウス性（f_NL 形状）を含む宇宙論パラメータを予測する。
• Fisher 予測の公開コードを提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次世代の LSS 調査は EFTofLSS 全形状解析を用いてどのような宇宙論情報を抽出できるか？
• RQ2 多くの EFT パラメータを用いた予測に摂動性事前情報はどのように影響するか？
• RQ3 DESI と MegaMapper に対するニュートリノ質量・曲率・初期の非ガウス性 f_NL に関する予測制約はどの程度か？
• RQ4 ショットノイズとEFTパラメータの不確実性は精度をどのように制限するか？

主な発見

• DESI はパワー スペクトルとビスペクトルを用いて、ニュートリノ質量和を少なくとも2σの非ゼロ質量証拠とともに制約できると予測されている。
• MegaMapper は同じ枠組みで非ゼロのニュートリノ質量に対して ≳12σ の証拠を得られると予測されている。
• Ω_k は DESI で 0.051、MegaMapper で 0.0012 に制約される。
• f_NL^loc, f_NL^eq, f_NL^orth は DESI でそれぞれ ±3.3、±92（摂動性事前情報なしでは ±114）、±27 に制約される。MegaMapper はそれぞれ ±0.26、±16（事前なしでは ±18）、そして ±4 に達する。
• 摂動性事前情報は多くの EFT パラメータからの過大評価を和らげるのに役立つが、追加の利得はショットノイズと EFT 項の事前情報により制限される。
• 結果は Planck を大きく上回る改善を示唆しており、特にニュートリノ質量と原始的非ガウス性についてそうである。