[論文レビュー] Self calibration of galaxy bias in spectroscopic redshift surveys of baryon acoustic oscillations

Pengjie Zhang|ArXiv.org|Feb 18, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 22被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移空間歪みを用いてスペクトロスコピック赤方偏移サーベイにおいて銀河偏りを自己校正する手法を提案する。この手法により、銀河、速度、実空間パワー スペクトルを同時に測定でき、モデルに依存しないスケール依存偏りおよび確率的性の校正が可能となる。これにより、電波望遠鏡の大型電波望遠鏡（SKA）において、BAOピーク位置の補正を1%の精度で達成し、速度パワー スペクトルにおけるBAO検出を初めて実現した。

ABSTRACT

Baryon acoustic oscillation (BAO) is a powerful probe on the expansion of the universe, shedding light on elusive dark energy and gravity at cosmological scales. BAO measurements through biased tracers of the underlying matter density field, as most proposals do, can reach high statistical accuracy. However, possible scale dependence in bias may induce non-negligible systematical errors, especially for the most ambitious spectroscopic surveys proposed. We show that precision spectroscopic redshift information available in these surveys allows for {\it self calibration} of the galaxy bias and its stochasticity, as function of scale and redshift. Through the effect of redshift distortion, one can simultaneously measure the real space power spectra of galaxies, galaxy-velocity and velocity, respectively. At relevant scales of BAO, galaxy velocity faithfully traces that of the underlying matter. This valuable feature enables a rather model independent way to measure the galaxy bias and its stochasticity by comparing the three power spectra. For the square kilometer array (SKA), this self calibration is statistically accurate to correct for 1% level shift in BAO peak positions induced by bias scale dependence. Furthermore, we find that SKA is able to detect BAO in the velocity power spectrum, opening a new window for BAO cosmology.

研究の動機と目的

• 大規模なスペクトロスコピックサーベイにおける高精度なBAO測定において、スケール依存銀河偏りに起因する系誤差を是正すること。
• 赤方偏移空間歪みの効果を活用し、理論的モデルに依存しない銀河偏りおよびその確率的性の校正手法を開発すること。
• 速度パワー スペクトルにおける正確なBAO測定を可能とし、宇宙論的制約の新たな窓を開くこと。
• 将来のサーベイ（例：SKA）を用いた速度場におけるBAO検出の可能性を評価すること。
• 近い将来の大容量サーベイの文脈において、偏り自己校正の統計的精度を定量化すること。

提案手法

• 高精度なスペクトロスコピック赤方偏移を活用し、銀河の赤方偏移空間パワー スペクトル、銀河-速度相互相関、速度自己相関を抽出する。
• 銀河速度がBAOスケールで基盤物質の速度を追跡することを根拠に、パワー スペクトルを比較して偏り効果を分離する。
• 実空間銀河パワー スペクトル、銀河-速度相互パワー スペクトル、速度自己パワー スペクトルを同時に測定し、偏りと確率的性を解きほぐす。
• この三スペクトル比較を用いて真の物質速度パワー スペクトルを再構築し、理論的モデルに依存せずに偏りを校正する。
• 再構築された速度パワー スペクトルを用いて、銀河密度場とは独立にBAO特徴を検出する。
• 速度再構築における統計的誤差予算と宇宙分散制限を評価し、より優れた速度測定技術の必要性を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スペクトロスコピックサーベイにおける赤方偏移空間歪みを用いることで、外部モデルに依存せずにスケール依存銀河偏りの自己校正が可能か？
• RQ2 速度パワー スペクトルは、銀河密度場とは独立にどの程度BAO特徴を検出可能か？
• RQ3 将来のサーベイ（例：SKA）において、偏り校正で達成可能な統計的精度はどの程度か？
• RQ4 中性水素で選別された銀河の集団のクラスタリング強度は、速度ベースのBAO測定の実現可能性にどのように影響するか？
• RQ5 赤方偏移歪みから速度パワー スペクトルを再構築する際の主な誤差要因は何か？

主な発見

• この自己校正手法により、SKAサーベイにおけるスケール依存偏りが引き起こすBAOピーク位置の1%のずれを補正するのに十分な統計的精度が達成された。
• 銀河、速度、相互パワー スペクトルの赤方偏移空間比較により、モデルに依存しない銀河偏りおよびその確率的性の測定が可能となった。
• 赤方偏移歪みから再構築された速度パワー スペクトルにBAO特徴が検出可能であり、これは新たな宇宙論的プローブを提供する。
• SKAによって選別された低質量・弱くクラスタリングしやすい銀河（偏りがb_g ~ 0.6程度）は、速度場におけるBAO測定精度を約2倍に向上させる。
• 再構築された速度パワー スペクトルの統計的誤差は、宇宙分散の約10倍にのぼり、より優れた速度測定技術の開発が求められる。
• 銀河パワー スペクトルと速度パワー スペクトルからのBAO測定を組み合わせることで、初期フラクチュエーション、構造成長、宇宙の幾何学的性質を同時に推定可能となった。