[論文レビュー] Review article: Cosmology with cosmic shear observations

M. Kilbinger|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

このレビューでは、15年間にわたり蓄積された宇宙のせん断観測を統合し、弱い重力レンズ効果を強固な宇宙論的プローブとして確立する。銀河の形状相関が大規模構造および宇宙の幾何学的性質をどのように明らかにするかを説明し、ダークマターとダークエネルギーの主要な制約を提供する。また、今後の調査計画と高度なレンズ効果技術についても述べる。

ABSTRACT

Cosmic shear is the distortion of images of distant galaxies due to weak gravitational lensing by the large-scale structure in the Universe. Such images are coherently deformed by the tidal field of matter inhomogeneities along the line of sight. By measuring galaxy shape correlations, we can study the properties and evolution of structure on large scales as well as the geometry of the Universe. Thus, cosmic shear has become a powerful probe into the nature of dark matter and the origin of the current accelerated expansion of the Universe. Over the last years, cosmic shear has evolved into a reliable and robust cosmological probe, providing measurements of the expansion history of the Universe and the growth of its structure. We review here the principles of weak gravitational lensing and show how cosmic shear is interpreted in a cosmological context. Then we give an overview of weak-lensing measurements, and present the main observational cosmic-shear results since it was discovered 15 years ago, as well as the implications for cosmology. We then conclude with an outlook on the various future surveys and missions, for which cosmic shear is one of the main science drivers, and discuss promising new weak cosmological lensing techniques for future observations.

研究の動機と目的

• 弱い重力レンズ効果が大規模構造および宇宙の幾何学的性質をどのように探査するかの理論的・観測的基盤を統合すること。
• 過去15年間の宇宙のせん断調査から得られた主な観測結果を要約し、それらの宇宙論的含意を提示すること。
• 宇宙のせん断がダークマターおよび宇宙の加速膨張を制約する役割を評価すること。
• 今後の調査計画および宇宙のせん断が主たる科学的目的であるとされる新規の衛星ミッションを概説すること。
• 今後の宇宙論的観測に向けた新たな弱いレンズ効果技術の導入と評価

提案手法

• 弱い重力レンズ効果の原理をレビューし、大規模構造の物質不均一性が生じる潮汐場が銀河像を一貫して歪める仕組みに焦点を当てる。
• 銀河の形状相関を統計的指標として宇宙のせん断と解釈し、それらを潜在する物質パワー スペクトルおよび宇宙論的パラメータと結びつける仕組みを説明する。
• 複数の弱いレンズ効果調査の結果を統合し、宇宙論的制約の整合性と頑健性を強調する。
• 銀河形状データから宇宙論的情報を抽出するための主要な観測量として、せん断相関関数およびパワー スペクトルの使用を論じる。
• 宇宙論的推論に与える影響を検討するため、系統的誤差（内在的整列や測定バイアス）の影響を検討する。
• 今後の観測戦略、特に宇宙空間および地上の広視野調査を含め、トロポグラフィックレンズ効果やピーク統計といった新技術の概要を提示する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙のせん断測定は、大規模構造の成長および宇宙の膨張歴史をどのように制約するか？
• RQ2 過去15年間の宇宙のせん断調査から得られた主な観測結果は何か？ それらは宇宙論的モデルにどのように寄与するか？
• RQ3 内在的整列やせん断測定誤差といった系統的誤差は、宇宙のせん断からの宇宙論的推論にどのように影響を与えるか？
• RQ4 今後の広域調査および宇宙ミッションにおいて、宇宙のせん断が主要なプローブとして果たす可能性は何か？
• RQ5 新たに出現しつつある弱いレンズ効果技術は何か？ それらは宇宙論的パラメータ推定をどのように向上させるか？

主な発見

• 宇宙のせん断は、物質パワー スペクトルおよび宇宙の幾何学的性質に関する一貫した制約を提供する、信頼性が高く頑健な宇宙論的プローブへと進化した。
• 過去15年間の観測的宇宙のせん断結果は、ダークエネルギーおよびコールドダークマターを含む標準宇宙論モデルに対する強い証拠を示している。
• 銀河調査から測定されたせん断相関関数は、物質フラクチュエーションの振幅および物質密度パラメータに関する高精度な制約を可能にした。
• Euclid、LSST、WFIRST などの今後の調査は、宇宙のせん断測定の精度を著しく向上させるとともに、系統的誤差を低減すると期待される。
• トロポグラフィック弱いレンズ効果やピーク統計といった新技術は、従来の2点相関統計を超える宇宙論的パラメータへの感受性を高める可能性を示している。
• 宇宙マイクロ波背景および大規模構造との組み合わせにより、ダークエネルギーおよびニュートリノ質量に対するきびしい制約が得られると予想される。