[論文レビュー] Seeing in the dark -- II. Cosmic shear in the Sloan Digital Sky Survey

Eric Huff, T. F. Eifler+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 9被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、168平方度にわたるスローンデジタルスカイサーベイ（SDSS）の合成画像を用いて、大気的および機器的歪みに起因する系誤差を低減するための新規なPSFマッチング技術を用いて、宇宙のせん断測定を実施した。分析の結果、WMAP7の事前分布を用いた場合、最良適合値はσ₈ = 0.636⁺⁰.¹⁰⁹₋₀.¹⁵⁴（1σ）となり、Ωₘh²およびσ₈の制約はWMAP7単独のものと比較して14–17%厳しくなる。これは、今後の弱レンズイング調査に向けたこの手法の頑健性を示している。

ABSTRACT

Statistical weak lensing by large-scale structure -- cosmic shear -- is a promising cosmological tool, which has motivated the design of several large upcoming surveys. Here, we present a measurement of cosmic shear using coadded Sloan Digital Sky Survey (SDSS) imaging in 168 square degrees of the equatorial region, with r<23.5 and i<22.5, a source number density of 2.2 galaxies per square arcminute and median redshift of 0.52. These coadds were generated using a new method described in the companion Paper I that was intended to minimise systematic errors in the lensing measurement due to coherent PSF anisotropies that are otherwise prevalent in the SDSS imaging data. We present measurements of cosmic shear out to angular separations of 2 degrees, along with systematics tests that (combined with those from Paper I on the catalogue generation) demonstrate that our results are dominated by statistical rather than systematic errors. Assuming a cosmological model corresponding to WMAP7 and allowing only the amplitude of matter fluctuations to vary, we find a best-fit value of sigma_8=0.636 +0.109 -0.154 (1-sigma); without systematic errors this would be sigma_8=0.636 +0.099 -0.137 (1-sigma). Assuming a flat LCDM model, the combined constraints with WMAP7 are sigma_8=0.784 +0.028 -0.026 (1-sigma), +0.055 -0.054 (2-sigma) and Omega_m h^2=0.1303 +0.0047 -0.0048 (1-sigma)+0.009 -0.009 (2-sigma); the 2-sigma error ranges are respectively 14 and 17 per cent smaller than WMAP7 alone. Aside from the intrinsic value of such cosmological constraints from the growth of structure, we identify some important lessons for upcoming surveys that may face similar issues when combining multi-epoch data to measure cosmic shear.

研究の動機と目的

• 合成画像を用いたSDSSにおける宇宙のせん断測定により、信号対雑音比を向上させ、系誤差を低減すること。
• 複数エポックにわたるSDSS画像における一様なPSF非対称性に起因する系誤差を低減し、弱レンズイング測定のバイアスを回避すること。
• 本研究および関連論文（論文I）の系誤差テストを統合することで、レンズイング測定の頑健性を検証すること。
• 構造の成長を用いたσ₈およびΩₘh²の宇宙論的制約を提供し、以前のWMAP7の結果よりも高い精度を得ること。
• HSC、DES、LSSTなどの将来の調査において、弱レンズイングのための複数エポック合成画像処理とPSF系誤差の取り扱いに関する手法的教訓を提供すること。

提案手法

• 個々の露光のポイント spread 関数（PSF）を整えるために、丸みを帯びたカーネルを適用するPSFマッチング技術を用いて、168 deg²にわたるrバンドおよびiバンドのSDSS合成画像を生成した。
• 論文Iで提示された新規な合成手法を適用し、標準的なSDSS画像に広く見られる一様なPSF非対称性に起因する系誤差を最小限に抑えた。
• 模擬銀河を用いてキャリブレーションされた形状測定パイプラインを用い、PSFに起因する歪みを慎重にモデル化してせん断を推定した。
• PRIMUS調査からの赤方偏移の光度測定値を用い、源の平均赤方偏移（zₘₑd = 0.52）を推定し、臨界表面密度Σcritを計算した。
• 広範な系誤差テストを実施し、せん断自己相関関数テストおよびノルムテストを含め、結果が統計誤差に支配されていることを確認した。
• 宇宙のせん断制約をWMAP7の事前分布と組み合わせ、平坦なΛCDMモデルにおけるσ₈およびΩₘh²の共同制約を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数エポックのSDSS画像における一様なPSF非対称性に起因する系誤差を低減するためのPSFマッチング合成技術は、信頼性の高い宇宙のせん断測定を可能にするか？
• RQ2 合成SDSSデータからの宇宙のせん断測定により得られるσ₈およびΩₘh²の宇宙論的制約は何か？ また、WMAP7単独の結果と比較するとどうなるか？
• RQ3 宇宙のせん断測定結果は、統計誤差か系誤差のどちらによって制限を受けており、系誤差は信頼性を持って低減可能か？
• RQ4 見かけの精度が向上し、より深い画像が得られる将来的な調査において、PSFマッチング合成手法の性能はどのようにスケーリングされるか？
• RQ5 HSC、DES、LSSTなどの将来の弱レンズイング調査において、複数エポックの画像処理とPSF系誤差の取り扱いに関して、本分析から得られる教訓は何か？

主な発見

• 宇宙のせん断測定は2度の角度分離まで成功裏に実施され、源の密度は1アングスループットあたり2.2個、平均源の赤方偏移はzₘₑd = 0.52であった。
• WMAP7宇宙論的モデルを仮定し、σ₈を自由パラメータとして扱った場合、最良適合値はσ₈ = 0.636⁺⁰.¹⁰⁹₋₀.¹⁵⁴（1σ）となり、系誤差が統計限界と比較して約10%精度を低下させた。
• 平坦なΛCDMモデルにおいて、統合された制約からσ₈ = 0.784⁺⁰.⁰²⁸₋⁰.⁰²⁶（1σ）およびΩₘh² = 0.1303⁺⁰.⁰⁰⁴⁷₋⁰.⁰⁰⁴⁸（1σ）が得られ、2σ誤差範囲はWMAP7単独のものと比較して14%および17%小さくなった。
• 系誤差は、ノルムテストやせん断自己相関関数の一貫性チェックを含む包括的な系誤差テストにより、支配的でないことが確認された。
• PSFマッチング合成手法は、PSFに起因する系誤差を効果的に低減し、見かけの分解能の変動やPSF非対称性の問題を抱える元のSDSSデータでも、高精度なレンズイング測定を可能にした。
• この手法は、将来的な調査（例：HSC、LSST）に適用可能であり、見かけの分解能が向上した場合でも形状情報の保持とPSF系誤差の排除を両立できる。また、加法的PSF誤差の診断ツールとしても利用可能である。