[論文レビュー] The Synergy between Weak Lensing and Galaxy Redshift Surveys

Roland de Putter, Olivier Doré+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2013

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、弱いレンズ効果（WL）とスペクトロスコピックな銀河クラスタリング（GC）調査を組み合わせることによる、ダークエネルギーおよび修正重力の制約における相乗効果の可能性を調査する。SuMIRe、EUCLID、WFIRSTといった今後の調査を想定したフィッシャー行列予測を通じて、WL+GCの併用により、単独での調査と比較してダークエネルギーの図表的指標（figure of merit）が最大2.5倍向上することを示している。また、$f(z)$ を自由関数とみなした場合、その成長率は数パーセントレベルで制約可能であるが、これは調査領域の重複に起因するわずかな利点とは対照的に、両者の強力な補完性を示している。

ABSTRACT

We study the complementarity of weak lensing (WL) and spectroscopic galaxy clustering (GC) surveys, by forecasting dark energy and modified gravity constraints for three upcoming survey combinations: SuMIRe (Subaru Measurement of Images and Redshifts, the combination of the Hyper Suprime-Cam lensing survey and the Prime Focus Spectrograph redshift survey), EUCLID and WFIRST. From the WL surveys, we take into account both the shear and clustering of the source galaxies and from the GC surveys, we use the three-dimensional clustering of spectroscopic galaxies, including redshift space distortions. A CMB prior is included in all cases. Focusing on the large-scale, two-point function information, we find strong synergy between the two probes. The dark energy figure of merit from WL+GC is up to a factor ~2.5 larger than from either probe alone. Considering modified gravity, if the growth factor f(z) is treated as a free function, it is very poorly constrained by WL or GC alone, but can be measured at the few percent level by the combination of the two. On the other hand, for cosmological constraints derived from (angular) power spectra and considering statistical errors only, it hardly matters whether the surveys overlap on the sky or not. For instance, the dark energy figure of merit for overlapping surveys is at most ~20 % better than in the disjoint case. This modest gain can be traced to the fundamental fact that only a small fraction of the total number of modes sampled by the GC survey (or by the WL survey) contributes to the cross-correlations between WL and GC.

研究の動機と目的

• 弱いレンズ効果とスペクトロスコピック銀河クラスタリング調査を併用することによる宇宙論的制約の向上を定量化すること。
• WLとGC調査の間で天球上に重複する領域がある場合、それらが別々の調査領域よりも統計的に顕著な利点をもたらすかどうかを評価すること。
• 特に $f(z)$ を自由関数とみなした場合に、WL+GCの併用がダークエネルギーおよび修正重力の制約にどの程度有効であるかを評価すること。
• 従来の文献における「同じ空域」の利点に関する矛盾を解消すること。
• CMBの事前情報と大規模スケールの仮定の下で、2点統計（角度スペクトルおよび3次元パワー スペクトル）が相乗効果の強さをどのように決定するかを検討すること。

提案手法

• SuMIRe、EUCLID、WFIRSTの3つの今後の調査組み合わせについて、フィッシャー行列予測を用いて宇宙論的制約を予測する。
• WL調査からの宇宙的せん断（弱いレンズ効果）と源銀河クラスタリング、GC調査からの赤方偏移空間歪みを伴う3次元銀河クラスタリングをモデル化する。
• リムパー近似を用いて角度パワー スペクトルを計算し、すべての予測でCMB事前情報を取り入れる。
• 重複する領域と非重複領域の両方の調査領域を比較し、WLとGCのフィールド間の相互相関に注目する。
• 非線形スケールのモデル化効果を評価するため、$k_{\text{max}}$（0.1–0.2 h/Mpc）を変化させた感度テストを実施する。
• 先行研究（例：Kirk et al. 2013）を再現し、同じ空域の利点に関する推定値の相違を調査する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱いレンズ効果と赤方偏移銀河調査を併用することで、ダークエネルギーの制約は、単独での調査と比較してどの程度向上するか？
• RQ2 WLとGC調査の空間的重複が、単なる天球領域の拡大を超えて、宇宙論的制約をどの程度向上させるか？
• RQ3 WL+GCデータを用いて、$f(z)$ を自由関数とみなした場合、数パーセントレベルで制約可能か？
• RQ4 一部の研究では「同じ空域」の利点が大きく（例：3–5倍の向上）、他方では本研究と同様に僅かな利点（約20％）しか得られないと報告しているが、その理由は何か？
• RQ5 角度スペクトルと3次元パワー スペクトルの使用、$k_{\text{max}}$ カットオフの違いといった、さまざまなモデル化の選択が、予測される相乗効果にどのように影響するか？

主な発見

• 弱いレンズ効果と銀河クラスタリング調査を併用した場合、ダークエネルギーの図表的指標は、単独での調査と比較して最大2.5倍向上する。
• $f(z)$ を自由関数とみなした場合、WLまたはGC単独では制約が弱いが、両者を併用することで数パーセントレベルで測定可能となる。
• 調査領域の重複による改善は最小限にとどまり、重複領域と非重複領域の図表的指標の差は最大で20％にとどまる。これは、相互相関に寄与する共有モードの割合が小さいためである。
• 重複によるわずかな利点は、非線形スケールのモデル化が楽観的すぎるがゆえのものではない。$k_{\text{max}} = 0.1~h/\text{Mpc}$ で再予測した結果でも、重複による利点はほとんど認められない。
• 先行研究（例：Kirk et al. 2013）が大きな「同じ空域」の利点を報告しているのに対し、本研究では僅かな利点しか得られないのは、特に角度パワー スペクトルの取り扱い方に起因するモデル化の仮定の違いに起因する可能性がある。
• 小スケールクラスタリングおよび銀河-ハロー接続の情報（例：スペクトロスコピック銀河とフォトメトリックまたはレンズ効果銀河の相互相関）からの相乗効果は有望であるが、それは重複する調査領域と、非線形物理のより良いモデル化を必要とする。