[論文レビュー] The Complementarity of Redshift-space Distortions and the Integrated Sachs-Wolfe Effect

Charles Shapiro|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、赤方偏移空間歪み（RSD）と統合サックス＝ホルツ方式（ISW）効果の相補性が、宇宙構造の成長を制約する上でどのように寄与するかを調査している。3次元球面調和関数フレームワークを用いて、ISWとRSDが異なる宇宙論的モードをプローブすることを示し、大スケール（k < 0.05 Mpc/h）においてfσ8の制約を10%以上改善することが明らかになった。これは、将来の高精度RSD調査における価値ある一貫性テストを提供する。

ABSTRACT

Assuming General Relativity is correct on large-scales, Redshift-Space Distortions (RSDs) and the Integrated Sachs-Wolfe effect (ISW) are both sensitive to the time derivative of the linear growth function. We investigate the extent to which these probes provide complementary or redundant information when they are combined to constrain the evolution of the linear velocity power spectrum, often quantified by the function f(z)σ8(z), where f is the logarithmic derivative of σ8 with respect to (1+z). Using a 3D spherical harmonic expansion, we compute the covariance matrices of the signals for a large galaxy redshift survey combined with a CMB survey like Planck. The spherical harmonic basis allows accurate ISW estimates by avoiding the planeparallel approximation, and it retains RSD information that is otherwise lost when projecting angular clustering onto redshift shells. We find that the correlation between the ISW and RSD signals are low since the probes are sensitive to different modes. For our default surveys, on large scales (k < 0.05 Mpc/h), the ISW can improve constraints on fσ8 by more than 10% compared to using RSDs alone. In the future, when precision RSD measurements are available on smaller scales, the cosmological constraints from ISW measurements will not be competitive; however, they will remain a useful consistency test for possible systematic contamination and alternative models of gravity.

研究の動機と目的

• 統合サックス＝ホルツ方式（ISW）効果と赤方偏移空間歪み（RSD）が、大規模構造の成長を制約する際に、重複する情報か、それとも相補的な情報を提供するかを評価すること。
• ISWとRSDを組み合わせることで、宇宙構造の成長率fσ8(z)の制約がどの程度改善されるかを評価すること。
• 平面近似に依存せずに、ISWとRSDの両方の信号を正確に捉えることができる3次元球面調和フレームワークを構築すること。
• ISWとRSD信号の相関を定量化し、それらが異なる宇宙論的モードに対してどのように感度を示すかを特定すること。

提案手法

• 3次元球面調和展開を用いて、RSDおよびISW信号をモデル化し、平面近似を用いないISW効果の正確な推定を可能にする。
• 通常の赤方偏移シェルへの角度クラスタリングの投影で失われるRSDの情報を保持する。
• 大規模銀河赤方偏移調査と、プランクのようなCMB調査を想定し、RSDおよびISW信号の結合された共分散行列を計算する。
• 一般相対性理論下で両者に感度を示す線形成長関数の時間微分を、形式的枠組みに組み込む。
• fσ8の制約の改善を評価するために、大スケールモード（k < 0.05 Mpc/h）に焦点を当てる。
• 信号の相関性とISWおよびRSD間の情報含量の直接比較を可能にするフレームワークを提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ISW効果とRSDは、宇宙構造の成長に関してどの程度独立した情報を提供するか？
• RQ2 大スケールにおいて、ISWとRSDを組み合わせることでfσ8(z)の制約はどの程度改善されるか？
• RQ3 ISWとRSD信号の相関は何か？ また、それらは異なる宇宙論的モードをプローブしているか？
• RQ4 3次元球面調和法は、従来の平面近似と比較して、ISWおよびRSD推定の正確性をどのように向上させるか？
• RQ5 RSD測定が小スケールで高精度に達した場合、ISWは将来の宇宙論的解析においてどのような役割を果たすか？

主な発見

• ISWとRSD信号の相関は低く、異なる宇宙論的モードに感度を示すため、重複は最小限に抑えられる。
• 大スケール（k < 0.05 Mpc/h）において、RSD単独で使用する場合と比較して、ISW効果によりfσ8の制約が10%以上改善される。
• 3次元球面調和フレームワークは平面近似を回避しており、ISW推定の正確性を向上させるとともに、シェル投影法で失われるRSDの情報を保持する。
• RSDの精度が小スケールで向上すると、ISW測定はもはや宇宙論的パrameter制約において競争力を持たなくなる。
• 小スケールでは統計的パワーが低下するが、ISWは系統誤差や代替重力理論の検証に価値ある一貫性テストを提供する。