[論文レビュー] The effects of assembly bias on cosmological inference from galaxy-galaxy lensing and galaxy clusters

Joseph E. McEwen, David H. Weinberg|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 15

ひとこと要約

本稿は、銀河の集積バイアス（銀河の性質がハロー形成歴に依存する現象）が、銀河-銀河レーザー（GGL）および銀河クラスタリングからの宇宙論的推論にどのように影響するかを調査する。強い集積バイアスを示すマockカタログを用いて、スケール $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ において、銀河-物質交差相関係数 $ r_{\rm gm}(r) $ が集積バイアスに対して感度を示さないことが示され、標準的または環境依存型HODフィッティングを用いて、物質相関関数 $ \xi_{\rm mm}(r) $ が2%以内の精度で回復可能である。特に、強い集積バイアス効果を示す赤い銀河に対しても同様の精度が達成される。

ABSTRACT

The combination of galaxy-galaxy lensing (GGL) and galaxy clustering is a promising route to measuring the amplitude of matter clustering and testing modified gravity theories of cosmic acceleration. Halo occupation distribution (HOD) modeling can extend the approach down to nonlinear scales, but galaxy assembly bias could introduce systematic errors by causing the HOD to vary with large scale environment at fixed halo mass. We investigate this problem using the mock galaxy catalogs created by Hearin & Watson (2013, HW13), which exhibit significant assembly bias because galaxy luminosity is tied to halo peak circular velocity and galaxy colour is tied to halo formation time. The preferential placement of galaxies (especially red galaxies) in older halos affects the cutoff of the mean occupation function $\langle N_ ext{cen}(M_ ext{min}) angle$ for central galaxies, with halos in overdense regions more likely to host galaxies. The effect of assembly bias on the satellite galaxy HOD is minimal. We introduce an extended, environment dependent HOD (EDHOD) prescription to describe these results and fit galaxy correlation measurements. Crucially, we find that the galaxy-matter cross-correlation coefficient, $r_{gm} \equiv ξ_{gm} \cdot [ ξ_{mm} ξ_{gg} ]^{-1/2}$, is insensitive to assembly bias on scales $r \gtrsim 1 \; h^{-1} ext{Mpc}$, even though $ξ_{gm} $ and $ξ_{gg} $ are both affected individually. We can therefore recover the correct $ξ_{mm} $ from the HW13 galaxy-galaxy and galaxy-matter correlations using either a standard HOD or EDHOD fitting method. For $M_r \leq -19$ or $M_r \leq -20$ samples the recovery of $ξ_{mm}$ is accurate to 2% or better. For a sample of red $M_r \leq -20$ galaxies we achieve 2% recovery at $r \gtrsim 2\;h^{-1} ext{Mpc}$ with EDHOD modeling but lower accuracy at smaller scales or with a standard HOD fit.

研究の動機と目的

• 銀河の集積バイアスが、銀河-銀河レーザー（GGL）および銀河クラスタリングからの宇宙論的推論に系統誤差を引き起こすかどうかを評価すること。
• 集積バイアスが、GGL+クラスタリング解析の主要な量である銀河-物質交差相関係数 $ r_{\rm gm}(r) $ に与える影響を評価すること。
• 標準的ハローオンラインスティューション分布（HOD）モデルまたは拡張された環境依存型HOD（EDHOD）モデルが、集積バイアスが存在する状況でも物質相関関数 $ \xi_{\rm mm}(r) $ を正確に回復できるかを検証すること。
• 特に明るい赤い銀河サンプルに対して、集積バイアス効果が無視できるようになるスケールを特定すること。

提案手法

• 銀河の明るさ、色、ハローのピーク円運動速度または形成時刻との関係に起因する強い集積バイアスを示す、Hearin & Watson (2013, HW13) のマock銀河カタログを用いる。
• マockカタログからの数値的計算により、銀河-物質交差相関係数 $ r_{\rm gm}(r) $ の集積バイアスへの感受性を評価する。
• 標準的HODおよび環境依存型HOD（EDHOD）の両方のフィッティングを用い、測定された $ \xi_{\rm gg}(r) $ および $ \xi_{\rm gm}(r) $ から $ \xi_{\rm mm}(r) $ を推定する。式 (5) を用いて物質相関関数を再構成する。
• 回復された $ \xi_{\rm mm}(r) $ をマockカタログからの真の $ \xi_{\rm mm}(r) $ と比較し、さまざまな明るさおよび色のサンプルにおける精度を定量化する。
• 集積バイアスへの $ r_{\rm gm}(r) $ の感受性が最も関係するスケール $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ に焦点を当てる。
• 非線形スケールにおける解析的近似に依存しない、投影相関関数の数値的逆解法を用いて3次元相関関数を回復する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スケール $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ において、銀河の集積バイアスが銀河-物質交差相関係数 $ r_{\rm gm}(r) $ を顕著に変化させるか？
• RQ2 集積バイアスが銀河分布に存在する場合、標準的HODフィッティングが物質相関関数 $ \xi_{\rm mm}(r) $ を正確に回復できるか？
• RQ3 環境依存型HOD（EDHOD）モデルは、特に強い集積バイアス効果を示す赤い銀河に対して、標準的HODと比較して $ \xi_{\rm mm}(r) $ 回復の精度を向上させるか？
• RQ4 集積バイアスへの $ r_{\rm gm}(r) $ の感受性が無視できるようになる最小スケールは何か？
• RQ5 物質相関関数 $ \xi_{\rm mm}(r) $ の回復精度は、銀河の明るさおよび色にどのように依存するか？特に高輝度または赤い銀河サンプルにおいては？

主な発見

• スケール $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ において、銀河-物質交差相関係数 $ r_{\rm gm}(r) $ は集積バイアスに対して感度を示さない。これは、$ \xi_{\rm gm}(r) $ および $ \xi_{\rm gg}(r) $ が個別に環境に依存するが、その影響が相殺されるためである。
• $ M_r \leq -19 $ または $ M_r \leq -20 $ の銀河サンプルでは、標準的HODまたはEDHODフィッティングを用いて、物質相関関数 $ \xi_{\rm mm}(r) $ が2%以内の精度で回復される。
• 赤い $ M_r \leq -20 $ 銀河に対しては、EDHODモデルが $ r \gtrsim 2\,h^{-1}\text{Mpc} $ で2%の精度を達成するが、標準的HODでは小スケールで精度が劣る。
• 中心銀河のHODカットオフ $ N_{\rm cen}(M_{\rm min}) $ は集積バイアスの影響を強く受ける。過密度領域のハローは中心銀河を有する確率が高いためである。一方、準惑星HODは最小限の影響を受ける。
• $ r_{\rm gm}(r) $ が集積バイアスに対して感受性を示さないため、複雑なバイアス物理が存在しても、GGLおよびクラスタリングからの宇宙論的推論が $ \sim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ まで頑健に可能である。
• 結果から、$ r_{\rm gm}(r) $ を主要な観測量として用いる限り、集積バイアスがGGLおよびクラスタリングからの宇宙論的推論に顕著な系統誤差をもたらさないことが示唆される。ただし、十分なスケール動的範囲が確保されていることが条件である。