[論文レビュー] The Buzzard Flock: Dark Energy Survey Synthetic Sky Catalogs

Joseph DeRose, Risa H. Wechsler+53 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 11被引用数 11

ひとこと要約

本論文では、ダークエネルギー調査（DES）Y1の領域を対象として、実際の光度赤方偏移、明るさ、深さの変動を再現する合成天の川カタログ「Buzzard Flock」を提示する。実際のノイズモデル、PSF効果、および改良されたSEDテンプレートを組み込むことで、以前のバージョンに見られた顕著な赤方偏移バイアスを是正し、弱引力レンズおよび宇宙論的研究における精度を向上させた。

ABSTRACT

We present a suite of 18 synthetic sky catalogs designed to support science analysis of galaxies in the Dark Energy Survey Year 1 (DES Y1) data. For each catalog, we use a computationally efficient empirical approach, ADDGALS, to embed galaxies within light-cone outputs of three dark matter simulations that resolve halos with masses above ~5x10^12 h^-1 m_sun at z <= 0.32 and 10^13 h^-1 m_sun at z~2. The embedding method is tuned to match the observed evolution of galaxy counts at different luminosities as well as the spatial clustering of the galaxy population. Galaxies are lensed by matter along the line of sight --- including magnification, shear, and multiple images --- using CALCLENS, an algorithm that calculates shear with 0.42 arcmin resolution at galaxy positions in the full catalog. The catalogs presented here, each with the same LCDM cosmology (denoted Buzzard), contain on average 820 million galaxies over an area of 1120 square degrees with positions, magnitudes, shapes, photometric errors, and photometric redshift estimates. We show that the weak-lensing shear catalog, redMaGiC galaxy catalogs and redMaPPer cluster catalogs provide plausible realizations of the same catalogs in the DES Y1 data by comparing their magnitude, color and redshift distributions, angular clustering, and mass-observable relations, making them useful for testing analyses that use these samples. We make public the galaxy samples appropriate for the DES Y1 data, as well as the data vectors used for cosmology analyses on these simulations.

研究の動機と目的

• 宇宙論的解析を目的として、DES Y1調査の光度的および空間的特性を正確に再現する合成銀河カタログの生成。
• 特に高赤方偏移領域（z > 1.5）で顕著な赤方偏移バイアスを是正すること。このバイアスは、不十分な高赤方偏移SEDテンプレートに起因していた。
• 有効露出時間と10σの限界明るさを用いて、DES Y1領域全体の深さの変動を正確に再現すること。
• 銀河とスカイのフラックスからのポissonノイズを用いて、光度誤差をモデル化し、現実的な明るさ不確実性を保証すること。
• 特に高赤方偏移における静止系UV領域の改良により、SEDおよび光度モデルを精緻化し、銀河の色と赤方偏移推定の忠実性を向上させること。

提案手法

• ハロ占有分布（HOD）モデルを用いて銀河をシミュレートし、主ハロ質量に基づく条件付き明るさ分布から銀河の性質を抽出する。
• 調査の幾何学的構造と深さマップを用いて、レンズ効果と回転を適用し、シミュレートされた天球をDES Y1の領域と一致させる。
• フラックスノイズを銀河とスカイのフラックスから計算して光度誤差をモデル化する：$\sigma_{\text{flux}} = \sqrt{S_{\text{gal}} + S_{\text{sky}}}$、ここで $S_{\text{gal}} = 10^{-0.4(m_{\text{gal}} - 22.5)} \times t_{\text{eff}}$ および $S_{\text{sky}} = f_{\text{sky}} \times t_{\text{eff}}$。
• スカイノイズ $f_{\text{sky}}$ を10σ限界明るさから算出し、$f_{\text{sky}} = \frac{f_{\text{lim},1}^2 \times t_{\text{eff}}}{100} - f_{\text{lim},1}$ とし、$f_{\text{lim},1}$ は限界明るさから導出される。
• 観測フラックスと誤差をナノマギーに変換し、$m_{\text{obs}} = 22.5 - 2.5\log_{10}(f_{\text{nmgy}})$ および $m_{\text{err,obs}} = \frac{2.5}{\ln(10)} \frac{f_{\text{err,nmgy}}}{f_{\text{nmgy}}}$ を用いて明るさと誤差を計算する。負のフラックスは99に設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにすれば、DES Y1調査の光度的および空間的特性を正確に反映する合成銀河カタログを生成できるか？
• RQ2 以前のBuzzardカタログのバージョンで高赤方偏移銀河が過大評価される原因は何か？
• RQ3 DES Y1領域における光度誤差と深さの変動が、シミュレーションにおける銀河検出および赤方偏移推定に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 低赤方偏移データ（例：SDSS）で制約されたSEDテンプレートは、z > 1.5における光度赤方偏移の信頼性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 高赤方偏移における色バイアスを低減するためには、SEDモデリングにどのような改善が必要か？

主な発見

• Buzzard Flockカタログは、第4のソース赤方偏移ビン（0.9 < z ≤ 1.3）における顕著な赤方偏移バイアスを是正した。このバイアスは、過去の不十分なSEDモデリングにより、高赤方偏移銀河が低赤方偏移銀河として誤分類されていたため生じていた。
• バイアスの原因は、z > 1.5で静止系UV領域のSEDテンプレートが制約されていなかったためであり、BPZが高赤方偏移銀河を低赤方偏移銀河として誤分類していた。
• 光度誤差モデリングには、有効露出時間と10σ限界明るさを用いた現実的な深さの変動を組み込み、明るさ不確実性の現実性が向上した。
• カタログは銀河とスカイのフラックスに基づく改良されたフラックスノイズモデルを採用しており、明るさ誤差は $m_{\text{err,obs}} = \frac{2.5}{\ln(10)} \frac{f_{\text{err,nmgy}}}{f_{\text{nmgy}}}$ を用いて計算されている。
• 大きな光度誤差によって生じる負のフラックスは、観測データと整合させるために、明るさテーブルで99に設定されている。
• 現在のカタログにおける高赤方偏移銀河の色は依然として信頼性が低く、改善されたSEDテンプレートが実装されるまでは注意深く使用すべきである。