[論文レビュー] The cross-correlation of galaxies in absorption with the Lyman $α$ forest

Ignasi Pérez-Ràfols, Matthew M. Pieri+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、最初に強い混合リプマンアルファ（SBLA）吸収系とリプマンアルファフォレストの相互相関を測定し、ダムプド・リプマンアルファ吸収体（DLA）と一致するクラスタリング特性—バイアス $2.329 \pm 0.057$ および赤方偏移空間歪み $\beta = 0.417 \pm 0.010$—を示した。これは、SBLAが周囲銀河系媒体内の類似した銀河集団をトレースしていることを示している。結果は、SBLAがバリオン音響振動（BAO）宇宙論における有望な補助的トレーサーであることを示しており、eBOSSの限界と比較して、並進方向で約8%、垂直方向で約7%のBAO不確実性の低減が可能であることを示している。

ABSTRACT

We present the first clustering measurement of Strong Blended Lyman $α$ (SBLA) absorption systems by measuring their cross-correlation with the Lyman $α$ forest. SBLAs are a new population of absorbers detected within the Lyman $α$ forest. We find a bias of $2.329\pm0.057$, consistent with that of Damped Lyman $α$ absorbers (DLAs). For DLAs, we recover a bias of $2.331\pm0.057$ larger than previously reported (Pérez-Ràfols et al. 2018b). We also find a redshift space distortion parameter $β=0.417\pm0.010$, also consistent with the recovered value for DLAs ($β=0.416\pm0.010$). This is consistent with SBLA and DLA systems tracing different portions of the circumgalactic medium of a broadly common population of galaxies. Given these common clustering properties, we combined them to perform a cross-correlation of galaxies in absorption with the Ly$α$ forest. We find that the BAO scale uncertainty of this new measurement is $1.75 imes$ that of Ly$α$ auto-correlation and $1.6 imes$ that of the quasar cross-correlation with the Ly$α$ forest. We note that the current preferred metal contamination model for fitting the correlation functions with respect to the Ly$α$ forest is not realistic enough for SBLA systems, likely due to their status as high redshift precision sites of high metal enrichment. Mock spectra including SBLA systems and their associated metal absorption are required to understand this sample fully. We conclude that SBLAs have the potential to complement the standard Ly$α$ cosmological analyses in future surveys.

研究の動機と目的

• 強力な混合リプマンアルファ（SBLA）吸収系のクラスタリングを、リプマンアルファフォレストとの相互相関により測定すること。
• SBLA系がダムプド・リプマンアルファ吸収体（DLA）と同一の大規模構造集団をトレースしているかどうかを評価すること。
• SBLAが高赤方偏移宇宙論におけるバリオン音響振動（BAO）測定の補助的トレーサーとしての可能性を評価すること。
• SBLA系における金属吸収のモデリングにおけるシステム的課題を特定し、改善されたモックシミュレーションの必要性を評価すること。
• リプマンアルファ × SBLA相互相関によるBAO測定の精度を、標準のリプマンアルファ自己相関およびクェーサー × リプマンアルファ相互相関と比較して定量すること。

提案手法

• SDSSの高分解能クェーサー分光観測データを用いて、SBLA吸収系とリプマンアルファフォレストの透過率場との間の相互相関関数解析。
• 赤方偏移空間歪みをカイザー近似によりモデル化した標準の相互スペクトル法の適用。
• 相関関数推定およびシステムティクス低減のための「vega」と「picca」ソフトウェアパイプラインの使用。
• 金属吸収の影響によりモデルが破綻する小スケールの垂直方向分離（$r_\perp < 30$ h⁻¹ Mpc）を除外。
• SBLAのクラスタリングパラメータ（バイアスおよびβ）をDLAの値と比較し、共通の物理的起源を評価。
• リプマンアルファ × SBLA、リプマンアルファ自己相関、およびクェーサー × リプマンアルファ相互相関の組み合わせにより、連合されたBAO不確実性低減を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SBLA吸収系は、ダムプド・リプマンアルファ吸収体（DLA）と類似したクラスタリング特性を示すか？
• RQ2 SBLA系は、高赤方偏移宇宙におけるバリオン音響振動（BAO）測定のための実用的で独立可能なトレーサーとして機能できるか？
• RQ3 金属吸収は、SBLA系の相関関数モデリングの正確性にどのような影響を与えるか？
• RQ4 リプマンアルファ × SBLA相互相関のBAOスケール不確実性は、標準のリプマンアルファ自己相関およびクェーサー × リプマンアルファ相互相関と比較してどの程度か？
• RQ5 SBLA、リプマンアルファ、クェーサーのトレーサーを組み合わせることで、BAO測定の精度はどの程度向上するか？

主な発見

• SBLA系のバイアスは $2.329 \pm 0.057$ と測定され、DLAのバイアス $2.331 \pm 0.057$ と一致しており、類似した大規模クラスタリングを示している。
• SBLAの赤方偏移空間歪みパラメータは $\beta = 0.417 \pm 0.010$ であり、DLAの値 $0.416 \pm 0.010$ と一致しており、周囲銀河系媒体内での共通の物理的起源を支持している。
• リプマンアルファ × SBLA相互相関からのBAOスケール不確実性は、独立して使用した場合、リプマンアルファ自己相関の1.75倍、リプマンアルファ × クェーサー相互相関の1.6倍である。
• リプマンアルファ × SBLA、リプマンアルファ自己相関、およびリプマンアルファ × クェーサーの3つのプローブを組み合わせることで、最近のeBOSS測定と比較して、$\alpha_\parallel$ で約8%、$\alpha_\perp$ で約7%のBAOパラメータの誤差バーが小さくなる。
• 標準の相関関数フィッティングモデルは、小スケールの垂直方向分離（$r_\perp < 30$ h⁻¹ Mpc）で破綻しており、これはSBLA系における強力な金属吸収の不十分なモデリングに起因する可能性が高い。
• SBLA系とその関連金属吸収を含むモックシミュレーションが必要であり、これによりモデリングの精錬と将来的なBAO測定の妥当性の検証が可能になる。