[論文レビュー] The Completed SDSS-IV Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: Growth rate of structure measurement from cosmic voids

M Aubert, Marie-Claude Cousinou+20 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2020

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 111被引用数 49

ひとこと要約

本論文は、完成したSDSS-IV eBOSS DR16調査を用いて、最初の宇宙空洞からの構造成長率測定を提示する。空洞-銀河相互相関における赤方偏移空間歪みを用いて成長率を制約した。z=0.74（LRG+CMASS）ではfσ8 = 0.50 ± 0.11、z=0.85（ELG）ではfσ8 = 0.52 ± 0.10、z=1.48（QSO）ではfσ8 = 0.30 ± 0.13を報告し、従来のクラスタリング手法と整合しており、空洞が宇宙構造成長の競争力のあるプローブであることを示している。

ABSTRACT

We present a void clustering analysis in configuration-space using the completed Sloan Digital Sky Survey IV (SDSS-IV) extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS) DR16 samples. These samples consist of Luminous Red Galaxies (LRG) combined with the high redshift tail of the SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) DR12 CMASS galaxies (called as LRG+CMASS sample), Emission Line Galaxies (ELG) and quasars (QSO). We build void catalogues from the three eBOSS DR16 samples using a ZOBOV-based algorithm, providing 2,814 voids, 1,801 voids and 4,347 voids in the LRG+CMASS, ELG and QSO samples, respectively, spanning the redshift range $0.6<z<2.2$. We measure the redshift space distortions (RSD) around voids using the anisotropic void-galaxy cross-correlation function and we extract the distortion parameter $\beta$. We test the methodology on realistic simulations before applying it to the data, and we investigate all our systematic errors on these mocks. We find $\beta^{ m LRG}(z=0.74)=0.415\pm0.087$, $\beta^{ m ELG}(z=0.85)=0.665\pm0.125$ and $\beta^{ m QSO}(z=1.48)=0.313\pm0.134$, for the LRG+CMASS, ELG and QSO sample, respectively. The quoted errors include systematic and statistical contributions. In order to convert our measurements in terms of the growth rate $f\sigma_8$, we use consensus values of linear bias from the eBOSS DR16 companion papers~\citep{eBOSScosmo}, resulting in the following constraints: $f\sigma_8(z=0.74)=0.50\pm0.11$, $f\sigma_8(z=0.85)=0.52\pm0.10$ and $f\sigma_8(z=1.48)=0.30\pm0.13$. Our measurements are consistent with other measurements from eBOSS DR16 using conventional clustering techniques.

研究の動機と目的

• 完成したeBOSS DR16調査において、宇宙空洞をプローブとして用いて宇宙構造の成長率を測定すること。
• 現実的なN体シミュレーションを用いて、空洞ベースの赤方偏移空間歪み（RSD）解析の系統的誤差に対するロバストネスを検証すること。
• 従来の銀河クラスタリング技術とは補完的に、空洞-銀河相互相関関数を用いてfσ8の独立した制約を提供すること。
• 特に、次の高精度調査に向けた大規模構造調査において、空洞が強力な宇宙論的プローブとして実用可能であることを示すこと。

提案手法

• ZOBVアルゴリズムを用いてeBOSS DR16サンプル（LRG+CMASS、ELG、QSO）から空洞カタログを構築し、0.6 < z < 2.2の範囲でそれぞれ2,814、1,801、4,347個の空洞を同定した。
• 配置空間における非等方的空洞-銀河相互相関関数を測定し、赤方偏移空間歪み（RSD）と歪みパラメータβを抽出した。
• 線形RSDモデル（Cai et al. 2016）を用いてβを成長率に関連付け、系統的誤差は現実的なN体シミュレーションでテストした。
• eBOSS DR16の補足論文で得られたコンSENSUS値を用いて線形バイアスをキャリブレーションし、βをfσ8測定値に変換した。
• 空洞特定、幾何学的要因、密度場再構築からの系統的不確実性を定量化し、モック調査での手法の妥当性を検証した。
• 3つのトレーサー（LRG+CMASS、ELG、QSO）の結果を統合し、fσ8の赤方偏移依存性の制約を提供した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移空間歪みを用いた空洞-銀河相互相関関数の分析によって、宇宙空洞は構造成長率fσ8の競争力ある制約を提供できるか？
• RQ2 空洞特定および密度場再構築における系統的誤差は、測定された成長率にどのように影響を及ぼし、信頼性を持って定量化できるか？
• RQ3 同じeBOSS DR16データセットで得られた従来の銀河クラスタリング手法と比較して、空洞からのfσ8測定値は整合的か？
• RQ4 空洞ベースの測定は、密度が低い領域における構造成長に感度を示し、密度が高い領域での銀河クラスタリングとは補完的なテストを提供できるか？
• RQ5 将来の調査（DESやEuclidなど）において、空洞が強力な宇宙論的プローブとして機能できるか？特に空洞数の増加と統計誤差の低減が期待される。

主な発見

• 系統的誤差を統合した誤差を含め、測定された歪みパラメータはβ(LRG+CMASS, z=0.74) = 0.415 ± 0.087、β(ELG, z=0.85) = 0.665 ± 0.125、β(QSO, z=1.48) = 0.313 ± 0.134である。
• eBOSS DR16補足論文で得られたコンセンサス線形バイアス値を用いてβをfσ8に変換した結果、fσ8(z=0.74) = 0.50 ± 0.11、fσ8(z=0.85) = 0.52 ± 0.10、fσ8(z=1.48) = 0.30 ± 0.13となった。
• 空洞ベースのfσ8測定値は、同じeBOSS DR16データセットで得られた従来の銀河クラスタリング手法の結果と整合的である。
• DR16の改善された統計的性質—LRG+CMASSでは2,814個の空洞、QSOでは4,347個の空洞—はDR14と比較して顕著に増加しており、精度の向上と統計誤差の低減を示している。
• 現実的なシミュレーションでの妥当性検証により、系統的誤差が適切に制御されており、宇宙論的推論に耐えうるロバストネスを確認した。
• 結果は、宇宙空洞が構造成長率を測定するための実用的で補完的なプローブであることを確認しており、特に低密度領域での測定に適しており、次世代調査に好適である。