[論文レビュー] The removal of shear-ellipticity correlations from the cosmic shear signal: Influence of photometric redshift errors on the nulling technique

Benjamin Joachimi, Petra Schneider|arXiv (Cornell University)|May 4, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 63被引用数 69

ひとこと要約

本論文は、固有配列モデルに依存せずに、赤方偏移依存性を活用することで、宇宙シアリング調査における剪断固有楕円度相関（GIシステムティックス）を除去する幾何学的ヌルリング技術を提案する。高精度な赤方偏移測定（σ_ph ≲ 0.03、σ_zmed ≲ 0.001、10個以上の赤方偏移チャンク）を用いることで、GI由来のパラメータバイアスを100倍に低減し、重み計算における宇宙論的パラメータ誤差の影響を保持する。

ABSTRACT

Cosmic shear is regarded one of the most powerful probes to reveal the properties of dark matter and dark energy. To fully utilize its potential, one has to be able to control systematic effects down to below the level of the statistical parameter errors. Particularly worrisome in this respect is intrinsic alignment, causing considerable parameter biases via correlations between the intrinsic ellipticities of galaxies and the gravitational shear, which mimic lensing. In an earlier work we have proposed a nulling technique that downweights this systematic, only making use of its well-known redshift dependence. We assess the practicability of nulling, given realistic conditions on photometric redshift information. For several simplified intrinsic alignment models and a wide range of photometric redshift characteristics we calculate an average bias before and after nulling. Modifications of the technique are introduced to optimize the bias removal and minimize the information loss by nulling. We demonstrate that one of the presented versions is close to optimal in terms of bias removal, given high quality of photometric redshifts. For excellent photometric redshift information, i.e. at least 10 bins with a small dispersion, a negligible fraction of catastrophic outliers, and precise knowledge about the redshift distributions, one version of nulling is capable of reducing the shear-intrinsic ellipticity contamination by at least a factor of 100. Alternatively, we describe a robust nulling variant which suppresses the systematic signal by about 10 for a very broad range of photometric redshift configurations. Irrespective of the photometric redshift quality, a loss of statistical power is inherent to nulling, which amounts to a decrease of the order 50% in terms of our figure of merit.

研究の動機と目的

• 宇宙シアリング測定におけるGIシステムティックスをモデルに依存しない方法で抑制するための手法を開発すること。
• 現実的な光度赤方偏移誤差下でのヌルリングのロバストネスと性能を評価すること。
• 宇宙論的パラメータ推定におけるバイアス抑制を最大化しつつ情報損失を最小化すること。
• モデル依存の固有配列除去手法に対する幾何学的クロスチェックを提供すること。

提案手法

• 共動距離から導かれる赤方偏移依存重みを用いて、宇宙シアリングパワースペクトルにヌルリング変換を適用する。
• パラメータ依存変換下でのバイアスと統計的パワー損失を定量化するためにフィッシャー行列形式を用いる。
• バイアス除去の最適化と情報損失の最小化を目的に、変更版ヌルリング（A, B, C）を導入する。
• 10個以上のチャンクを必要とし、中央赤方偏移の精度と低散乱（σ_ph ≲ 0.03）を要する赤方偏移チャンク分割法を採用する。
• 重み計算における誤った宇宙論的パrameter仮定に対するヌルリング重みの感度をテストすることで、重みのロバストネスを実証する。
• 性能評価のために、理想化された固有配列モデルと現実的な光度赤方偏移設定の両方を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固有配列モデルに依存せずに、固有配列の赤方偏移依存性のみを用いてGIシステムティックスを効果的に抑制できるか？
• RQ2 ヌルリング手法は、散乱（σ_ph）や壊滅的外れ値を含む光度赤方偏移誤差に対してどの程度感度が高いか？
• RQ3 バイアス抑制を最大化し、情報損失を最小化する最適なヌルリング重みと赤方偏移チャンク分割をどのように設定すべきか？
• RQ4 重み計算に用いる宇宙論的パラメータに不確実性がある場合、ヌルリング手法はどの程度の性能を示すか？
• RQ5 現実的な光度赤方偏移精度を有する将来的な宇宙シアリング調査に、ヌルリング手法をどの程度適用できるか？

主な発見

• 優れた光度赤方偏移測定（σ_ph ≲ 0.03、σ_zmed ≲ 0.001、10個以上のチャンク）を用いる場合、ヌルリングバージョン（C）はGI由来のパラメータバイアスを100倍以上に低減する。
• ロバストなヌルリングバージョン（B）は、広範な光度赤方偏移設定においてGI信号を10倍以上に抑制し、中央赤方偏移分布幅の正確な知識と10個以上のチャンクを必要とする。
• ヌルリングによる情報損失は顕著であり、保守的な仮定下ではフィギュア・オブ・メリットが約50％低下する。
• 重み計算における誤った宇宙論的パラメータに対してもヌルリング手法はロバストであり、重みが共動距離に依存するが、手法自体は安定している。
• ヌルリング手法は保守的であり、より高い赤方偏移精度を持つ明るい銀河（強い固有配列信号を有する）の潜在的効果を低く見積もっている。
• GIがレンズ効果を上回る場合でもヌルリングは適用可能であり、バイスペクトルなどの高次統計量へも拡張可能であるため、2点関数を超える広範な応用可能性を示唆する。