[論文レビュー] Synthetic light cone catalogues of modern redshift and weak lensing surveys with AbacusSummit

Boryana Hadzhiyska, Sihan Yuan+33 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、AbacusSummit $N$-体シミュレーションを用いて、$z=0.15$ から $2.45$ の赤方偏移において、ボーン近似を用いて宇宙のせんがかり、収束、偏光マップを生成し、$z\approx1090$ でのCMB収束を含む、公開可能で高解像度の合成光錐カタログを提示する。これらの模擬カタログは DESI、KiDS、DES、HSC の各調査に合わせて調整されており、クラスタリングおよびレンズィング統計に関する理論的予測と優れた一致を示しており、宇宙論的推論パイプラインの堅牢なテストを可能にする。

ABSTRACT

The joint analysis of different cosmological probes, such as galaxy clustering and weak lensing, can potentially yield invaluable insights into the nature of the primordial Universe, dark energy and dark matter. However, the development of high-fidelity theoretical models that cover a wide range of scales and redshifts is a necessary stepping-stone. Here, we present public high-resolution weak lensing maps on the light cone, generated using the $N$-body simulation suite AbacusSummit in the Born approximation, and accompanying weak lensing mock catalogues, tuned via fits to the Early Data Release small-scale clustering measurements of the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Available in this release are maps of the cosmic shear, deflection angle and convergence fields at source redshifts ranging from $z = 0.15$ to 2.45 with $Δz = 0.05$ as well as CMB convergence maps ($z \approx 1090$) for each of the 25 ${ t base}$-resolution simulations ($L_{ m box} = 2000\,h^{-1}{ m Mpc}$, $N_{ m part} = 6912^3$) as well as for the two ${ t huge}$ simulations ($L_{ m box} = 7500\,h^{-1}{ m Mpc}$, $N_{ m part} = 8640^3$) at the fiducial AbacusSummit cosmology ($Planck$ 2018). The pixel resolution of each map is 0.21 arcmin, corresponding to a HEALPiX $N_{ m side}$ of 16384. The sky coverage of the ${ t base}$ simulations is an octant until $z \approx 0.8$ (decreasing to about 1800 deg$^2$ at $z \approx 2.4$), whereas the ${ t huge}$ simulations offer full-sky coverage until $z \approx 2.2$. Mock lensing source catalogues are sampled matching the ensemble properties of the Kilo-Degree Survey, Dark Energy Survey, and Hyper-Suprime Cam weak lensing datasets. The produced mock catalogues are validated against theoretical predictions for various clustering and lensing statistics such as galaxy clustering multipoles, galaxy-shear and shear-shear, showing excellent agreement.

研究の動機と目的

• 現代の宇宙論的調査向けに、高忠実度で高解像度の銀河クラスタリングおよび弱レンズィングの合成カタログを開発すること。
• 赤方偏移、スケール、統計的挙動の観点で観測調査の特性に一致する模擬データを生成することで、宇宙論的解析パイプラインの堅牢なテストを可能にすること。
• 銀河および弱レンズィングデータを統合した宇宙論的・天体物理学的パラメータの制約に向けたエミュレータ構築の基盤を提供すること。
• クラスタリングおよびレンズィング相関関数を用いて、理論的予測との照合を通じて模擬カタログの妥当性を検証すること。
• バリオン効果およびボーン近似を超える補正を組み込むことで、将来的なサブアーキン程度スケールのモデリングを支援すること。

提案手法

• プランク2018の基準的宇宙論を用いたAbacusSummit $N$-体シミュレーション（$L_{\rm box}=2000\,h^{-1}{\rm Mpc}$、$N_{\rm part}=6912^3$）および2つの「巨大」シミュレーション（$7500\,h^{-1}{\rm Mpc}$）を用いて、光錐出力を作成する。
• 赤方偏移 $z=0.15$ から $2.45$ まで $\Delta z=0.05$ の間隔でボーン近似を適用し、宇宙のせんがかり、収束、偏光角マップを計算する。解像度は $0.21$ アーキン程度（HEALPixの $N_{\rm side}=16384$）。
• KiDS、DES、HSC調査の赤方偏移分布に一致させるために、シミュレーション出力からホールをサンプリングし、模擬レンズ源カタログを作成する。
• LRGおよびELGレンズ集団に対して、明るさのバイアス補正を実施するため、レンズされた位置とフラックス重みを記録する。
• pycclを用いた銀河-せんがかりおよび銀河-銀河レンズィング統計（$C_{\ell}^{\kappa g}$ および $\gamma_t(\theta)$ を含む）との照合を通じて、模擬データの妥当性を検証する。赤方偏移空間歪みを含む・含まない両方の投影クラスタリング $w_p(r)$ を比較する。
• 観測フレームワークに一致するよう、せんがかり補正および形状ノイズを適用し、観測の現実性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AbacusSummitからの合成弱レンズィングおよび銀河クラスタリング統計は、基準的 $\Lambda$CDM 宇宙論において理論的予測をどの程度正確に再現するか？
• RQ2 模擬カタログは、DES、KiDS、DES、HSC などの実際の調査のアンサンブル的性質（赤方偏移分布およびクラスタリング行動）をどの程度正確に再現するか？
• RQ3 線形バイアスモデルは小スケールでの銀河クラスタリングを予測する際にどのような限界を示すか？また、模擬データはこれらの不一致をどのように明らかにするか？
• RQ4 異なる赤方偏移チャンクにおいて、合成した宇宙のせんがかりおよび銀河-銀河レンズィング相関関数はどの程度正確に再現されるか？
• RQ5 模擬データは、統合データセットを用いた将来的なパラメータ制約に向けて、宇宙論的推論パイプラインの妥当性を検証し、準備するのにも使用可能か？

主な発見

• 合成された弱レンズィングマップおよび模擬カタログは、全赤方偏移チャンクにおいて銀河クラスタリングの多重極、銀河-せんがかり、せんがかり-せんがかり相関関数について、理論的予測と優れた一致を示している。
• 小スケール（$\theta<1$ アーキン）では、pycclにおける線形バイアス近似はELGのクラスタリングを過大評価し、LRGのクラスタリングを低く評価しているが、この不一致は非線形バイアス効果を捉えた模擬データによって明らかにされている。
• 模擬データにおける赤方偏移空間歪みを含む・含まない両方の投影クラスタリング $w_p(r)$ は、周期的ボックスシミュレーションの結果と極めて高い精度で一致している。
• 模擬データにおける宇宙のせんがかり相関関数および銀河-銀河レンズィング信号は、基準的宇宙論的予測と整合しており、パイプラインテストへの使用が妥当であることが検証された。
• ベースシミュレーションは天の川の八分の一（$z\approx2.4$ で約1800 deg²）のスケールをカバーしているが、巨大シミュレーションは $z\approx2.2$ までで全天空カバーを提供し、大規模統計的解析が可能である。
• マップおよびカタログを含むすべてのデータ製品は、DOI登録済みのデータポイントを備えたGlobusエンドポイントを通じて公開されており、再現可能性およびコミュニティ利用を支援している。