[論文レビュー] The Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: Precision measurements of the absolute cosmic distance scale

David J. Schlegel, Martin White+1 more|ArXiv.org|Feb 26, 2009

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 47

ひとこと要約

バリオン音響振動（BAO）を標準定規として用い、低赤方偏移（z < 0.7）および高赤方偏移（z ≈ 2.5）において、絶対的宇宙距離スケールをパーセントレベルの精度で測定する。ボソンスピークトロスコピックサーベイ（BOSS）は、z = 0.6における角度直径距離に対して1.0%、ハッブルパラメータに対して1.7%の予測精度を達成し、ダークエネルギーおよび空間曲率の制約に不可欠な寄与を果たす。

ABSTRACT

BOSS, the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, is a 5-year program to measure the absolute cosmic distance scale and expansion rate with percent-level precision at redshifts z&lt;0.7 and z~2.5. BOSS uses the "standard ruler" provided by baryon acoustic oscillations (BAO). BOSS will achieve a near optimal measurement of the BAO scale at z&lt;0.7, with a redshift survey of 1.5 million luminous galaxies. It will pioneer a new method of BAO measurement at high redshift, using the LyA forest to 160,000 QSOs in the redshift range 2.1

研究の動機と目的

• バリオン音響振動（BAO）を標準定規として用い、z < 0.7およびz ≈ 2.5において絶対的宇宙距離スケールをパーセントレベルの精度で測定すること。
• 初期宇宙における音波の理解された物理的性質を活用して、宇宙距離測定における系統的不確実性を低減すること。
• 150万個の明るい銀河を用いた低赤方偏移におけるBAO測定を的確に実施し、16万個のクェーサーのLyαフォレストを用いて高赤方偏移におけるBAO検出を画期的に実現すること。
• ダークエネルギーおよび空間曲率の精密な制約を提供することで、他の宇宙論的プローブを補完すること。
• 銀河クラスタリング、クェーサー進化、および宇宙の大規模構造を研究するための基盤データセットを構築すること。

提案手法

• バリオン音響振動（BAO）を標準定規として用い、再結合時の音響スケールが大規模構造に固定された物理的スケールとして印字されることを利用する。
• 横方向のBAOスケールを測定して角度直径距離 dA(z) を推定し、視線方向のスケールを測定してハッブルパラメータ H(z) を決定する。
• z < 0.7における150万個の明るい銀河の分光的赤方偏移を用いて大規模構造をマッピングし、ショットノイズを最小限に抑えてBAOを測定する。
• 2.1 < z < 3.0の高赤方偏移クェーサー16万個に対してLyαフォレスト技術を適用し、z ≈ 2.5におけるBAO検出を実現する。これは高赤方偏移宇宙論における画期的な手法である。
• BAOデータにDETFステージIIおよびIII実験（弱引力レンズ、クラスターカウント、超新星）からの外部事前分布を組み合わせることで、w₀、wₐ、ΩK、およびフォーミュール・オブ・メリット（FoM）の制約を改善する。
• CMBアンカリングされたBAOスケールを仮定し、予測された性能に基づくマージン化された制約を用いて、dAおよびH(z)の精度水準を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BOSSサーベイを用いた場合、z = 0.35、0.6、2.5における角度直径距離 dA(z) のBAO測定の精度はどの程度か？
• RQ2 明るい銀河およびLyαフォレストを用いた場合、これらの赤方偏移におけるハッブルパラメータ H(z) はどの程度の精度で測定可能か？
• RQ3 低赤方偏移および高赤方偏移におけるBAO測定は、ダークエネルギーの状態方程式（w₀、wₐ）および空間曲率（ΩK）をどの程度制約するか？
• RQ4 BOSSの予測された制約は、将来のステージIII実験（弱引力レンズ、クラスターカウント、超新星）と組み合わせた場合、どのように比較されるか？
• RQ5 外部事前分布と組み合わせた場合、ダークエネルギーパラメータの制約におけるフォーミュール・オブ・メリット（FoM）はどの程度向上するか？

主な発見

• z = 0.35、0.6、2.5における角度直径距離 dA の予測精度は、それぞれ1.0%、1.0%、1.5%である。
• z = 0.35、0.6、2.5におけるハッブルパラメータ H(z) の予測精度は、それぞれ1.8%、1.7%、1.2%である。
• 150万個の明るい銀河を用いたz < 0.7におけるBOSSのBAOスケール測定は、統計的および系統的誤差を最小限に抑えた近似的に最適な測定である。
• z ≈ 2.5におけるLyαフォレストサーベイは、画期的な高赤方偏移BAO測定を可能にし、予測精度はdAで1.5%、H(z)で1.2%である。
• BOSSのBAOデータにDETFステージIIIの事前分布（弱引力レンズ、クラスターカウント、超新星）を組み合わせることで、w₀、wₐ、ΩKの制約が顕著に改善される。
• 外部事前分布と組み合わせたBOSS BAOデータにより、ダークエネルギーパラメータの制約におけるフォーミュール・オブ・メリット（FoM）が向上し、DETFステージIIの事前分布のみを用いてもFoMが53に達する。