[論文レビュー] The Atacama Cosmology Telescope: DR6 Gravitational Lensing and SDSS BOSS cross-correlation measurement and constraints on gravity with the $E_G$ statistic

Lukas Wenzl, Rui An+25 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2024

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、アタカマ・コスモロジー望遠鏡のDR6から得たCMBレンズィングマップと、SDSS BOSS CMASSおよびLOWZ銀河サーベイを用いて、重力の検証を目的としてE_G統計量を測定した。z_eff = 0.555におけるE_Gは0.31+0.06/-0.05、z_eff = 0.316におけるE_Gは0.49+0.14/-0.11であり、ΛCDMの予測および一般相対性理論と整合的であり、系統的誤差は5%未満であった。

ABSTRACT

We derive new constraints on the $E_G$ statistic as a test of gravity, combining the CMB lensing map estimated from Data Release 6 (DR6) of the Atacama Cosmology Telescope with SDSS BOSS CMASS and LOWZ galaxy data. We develop an analysis pipeline to measure the cross-correlation between CMB lensing maps and galaxy data, following a blinding policy and testing the approach through null and consistency checks. By testing the equivalence of the spatial and temporal gravitational potentials, the $E_G$ statistic can distinguish $\Lambda$CDM from alternative models of gravity. We find $E_G= 0.31^{+0.06}_{-0.05}$ for ACT and CMASS data at 68.28\% confidence level, and $E_G = 0.49^{+0.14}_{-0.11}$ for ACT and LOWZ. Systematic errors are estimated to be 3\% and 4\% respectively. Including CMB lensing information from Planck PR4 results in $E_G = 0.34^{+0.05}_{-0.05}$ with CMASS and $E_G= 0.43^{+0.11}_{-0.09}$ with LOWZ. These are consistent with predictions for the $\Lambda$CDM model that best fits the Planck CMB anisotropy and SDSS BOSS BAO, where $E_G^{ m GR} (z_{ m eff} = 0.555) = 0.401\pm 0.005$ for CMB lensing combined with CMASS and $E_G^{ m GR} (z_{ m eff} = 0.316) = 0.452\pm0.005$ combined with LOWZ. We also find $E_G$ to be scale independent, with PTE $>5\%$, as predicted by general relativity. The methods developed in this work are also applicable to improved future analyses with upcoming spectroscopic galaxy samples and CMB lensing measurements.

研究の動機と目的

• CMBレンズィングと大規模構造の間の相互相関を用いて、一般相対性理論およびΛCDM重力モデルの妥当性を検証すること。
• ACT DR6から得た高感度CMBレンズィングマップと、SDSS BOSSの分光的銀河カタログを用いて、E_G統計量を制約すること。
• E_G測定におけるスケール不変性および系統的誤差を評価し、天体的および機器的バイアスに対して堅牢であることを確認すること。
• プランクCMB非一様性データとは独立した、新たな競争力のある重力制約を提供すること。

提案手法

• ブレーニング解析パイプラインを用いて、ACT DR6のCMBレンズィング収束マップとCMASSおよびLOWZ銀河過密度マップを相互相関させる。
• CMBレンズィングと銀河クラスタリングの間の角度相互スペクトルを測定するために、最尤推定法を採用する。
• ブレーニングポリシーを適用し、ノイズテストおよび一貫性チェックを実施して、解析パイプラインの妥当性を検証し、系誤差を制御する。
• ビーム、ノイズ、光度赤方偏移誤差からの系統的不確実性を推定するために、フィッシャー行列予測を用いる。
• 信号対雑音比を向上させ、E_Gをより厳密に制約するために、結果をプランクPR4 CMBレンズィングデータと組み合わせる。
• スケール不変性を検証するために、不乗算カイ二乗検定のp値（PTE）を用い、PTE > 5%が一般相対性理論と整合的であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 測定されたE_G統計量がΛCDMの予測から逸脱しているかどうか。これは、一般相対性理論の破綻または修正重力の兆候を示唆する。
• RQ2 E_G測定値が一般相対性理論が予測するスケール不変性と整合的であるか。
• RQ3 ビーム、ノイズ、光度赤方偏移誤差からの系統的誤差がE_G制約にどのように影響するか。
• RQ4 ACT DR6 CMBレンズィングマップが、SDSS BOSS銀河データと組み合わせることで、重力に関する競争力のある制約を提供できるか。
• RQ5 結果がプランクベースのE_G測定値およびΛCDMの期待値とどのように比較されるか。

主な発見

• z_eff = 0.555における測定されたE_Gは0.31+0.06/-0.05（68.28%信頼水準）、ΛCDM予測の0.401 ± 0.005と整合的である。
• z_eff = 0.316におけるE_Gは0.49+0.14/-0.11であり、ΛCDM予測の0.452 ± 0.005と整合的である。
• プランクPR4データを組み合わせると、z_eff = 0.555におけるE_Gは0.34+0.05/-0.05、z_eff = 0.316におけるE_Gは0.43+0.11/-0.09に改善され、制約がさらに厳密化される。
• 系統的誤差はCMASSで3%、LOWZで4%と推定され、機器的および天体的バイアスに対して堅牢であることが示された。
• E_G統計量はスケール不変性を示しており、不乗算カイ二乗検定のp値（PTE）が5%以上であり、一般相対性理論と整合的であることを支持する。
• ノイズテストおよび一貫性チェックを通じて、解析パイプラインの妥当性が確認され、将来的な宇宙論的調査における信頼性が裏付けられた。