[論文レビュー] The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: double-probe measurements from BOSS galaxy clustering \& Planck data -- towards an analysis without informative priors

Marcos Pellejero-Ibáñez, Chia-Hsun Chuang+29 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、BOSS銀河クラスタリングとPlanck CMBデータを組み合わせることで、Ωbh² や ns のような poorly constrained パrameter に対する事前分布に依存せずに、宇宙論的制約を導出する二重プローブ分析手法を導入する。この手法により、モデルに依存しない堅牢な制約が得られ、平坦な ΛCDM モデルとの不一致は認められず、ニュートリノ質量の上限も厳密に得られる：ΛCDM 下で Σmν < 0.10 eV（68%信頼区間）。

ABSTRACT

We develop a new methodology called double-probe analysis with the aim of minimizing informative priors in the estimation of cosmological parameters. We extract the dark-energy-model-independent cosmological constraints from the joint data sets of Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) galaxy sample and Planck cosmic microwave background (CMB) measurement. We measure the mean values and covariance matrix of $\{R$, $l_a$, $\Omega_b h^2$, $n_s$, $log(A_s)$, $\Omega_k$, $H(z)$, $D_A(z)$, $f(z)\sigma_8(z)\}$, which give an efficient summary of Planck data and 2-point statistics from BOSS galaxy sample, where $R=\sqrt{\Omega_m H_0^2}\,r(z_*)$, and $l_a=\pi r(z_*)/r_s(z_*)$, $z_*$ is the redshift at the last scattering surface, and $r(z_*)$ and $r_s(z_*)$ denote our comoving distance to $z_*$ and sound horizon at $z_*$ respectively. The advantage of this method is that we do not need to put informative priors on the cosmological parameters that galaxy clustering is not able to constrain well, i.e. $\Omega_b h^2$ and $n_s$. Using our double-probe results, we obtain $\Omega_m=0.304\pm0.009$, $H_0=68.2\pm0.7$, and $\sigma_8=0.806\pm0.014$ assuming $\Lambda$CDM; and $\Omega_k=0.002\pm0.003$ and $w=-1.00\pm0.07$ assuming o$w$CDM. The results show no tension with the flat $\Lambda$CDM cosmological paradigm. By comparing with the full-likelihood analyses with fixed dark energy models, we demonstrate that the double-probe method provides robust cosmological parameter constraints which can be conveniently used to study dark energy models. We extend our study to measure the sum of neutrino mass and obtain $\Sigma m_ u<0.10/0.22$ (68\%/95\%) assuming $\Lambda$CDM and $\Sigma m_ u<0.26/0.52$ (68\%/95\%) assuming $w$CDM. This paper is part of a set that analyses the final galaxy clustering dataset from BOSS.

研究の動機と目的

• 銀河クラスタリングによる制約が弱いパラメータの情報的事前分布への依存を低減する宇宙論的解析手法の開発。
• BOSS と Planck データを統合し、ダークエネルギーおよび曲率に関するモデルに依存しない制約を可能にする。
• 特に Ωm、H0、σ8、Σmν に対して、固定されたダークエネルギーモデルを仮定せずに、堅牢かつ再現可能な宇宙論的パラメータの制約を提供する。
• ニュートリノ質量の制約において、二重プローブ法とフル尤度法・単一プローブ法を比較する。

提案手法

• Planck CMB データと BOSS 銀河クラスタリングの2点関数統計を要約した9つのパラメータ {R, la, Ωbh², ns, log(As), Ωk, H(z), DA(z), f(z)σ8(z)} にまとめることで、二重プローブ分析を提案。
• CMB シフトパラメータ R = √(ΩmH₀²r(z*))、la = πr(z*)/rs(z*) を用い、z* は最後散乱の赤方偏移である。
• 要約されたパラメータの平均値と共分散行列を抽出し、フル尤度評価を経ずに結合データを表現する。
• Ωbh² と ns を要約セットに含めないことで、情報的事前分布を回避し、Planck からの情報を保持しながらモデル依存性を最小限に抑える。
• 比較のため、フル尤度解析と単一プローブ解析を実施し、二重プローブ結果の堅牢性を検証。
• 本手法を用いて、さまざまなダークエネルギーモデル下でのニュートリノ質量和 Σmν の制約を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二重プローブ法は、宇宙論的パラメータ推定における情報的事前分布への依存を低減できるか？
• RQ2 二重プローブ法による宇宙論的制約は、フル尤度法および単一プローブ法と比較してどのように異なるか？
• RQ3 本手法を用いた ΛCDM、wCDM、その他のダークエネルギーモデル下で、Ωm、H₀、σ₈、Ωk に対する堅牢な制約は何か？
• RQ4 他の手法と比較して、二重プローブ法によるニュートリノ質量和の上限はどの程度か？
• RQ5 二重プローブ法は、標準的な平坦な ΛCDM モデルと整合性を持つ結果をもたらすか？

主な発見

• ΛCDM モデル下で、二重プローブ法は Ωm = 0.304 ± 0.009、H₀ = 68.2 ± 0.7、σ₈ = 0.806 ± 0.014 を得ており、標準的パラダイムと不一致がないことが示された。
• oCDM では Ωk = 0.002 ± 0.003、wCDM では w = -1.04 ± 0.06、owCDM では w = -1.00 ± 0.07 であり、いずれも平坦な ΛCDM と整合的である。
• w0waCDM モデルでは、w₀ = -0.84 ± 0.22、wa = -0.66 ± 0.68 であり、w = -1 からの顕著な逸脱は認められない。
• 二重プローブ法は、要約セットに Σmν を含めないため、フル尤度解析に比べて Σmν の制約が弱くなるのが予想通りである。
• ΛCDM 下で、Σmν の68%上限は 0.10 eV（95%：0.22 eV）、wCDM 下では 0.26 eV（95%：0.52 eV）であり、ニュートリノ質量がゼロであることに整合的である。
• 二重プローブ法の結果は堅牢で、フル尤度解析と同等の性能を示しており、情報的事前分布を用いずにダークエネルギーモデルの検証に利用可能であることが検証された。