[論文レビュー] Towards Constraints on Dark Energy from Absorption Spectra of Close Quasar Pairs

Adam Lidz, Lam Hui+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2003

Adaptive optics and wavefront sensing被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移空間歪みおよび熱的広がりを含む宇宙論的シミュレーションと比較することで、近接クェザー対におけるリプマン＝アルファフォレスト吸収の交差パワー スペクトルを用いて、進化に依存しない方法でダークエネルギーを制約する新規手法を提案する。5対の小さなサンプルでは弱い制約となるが、この手法は約2σの有意水準でアインシュタイン＝ド・シータ宇宙論を除外する。今後の約50対の中程度分解能のクェザー対の観測により、系制度が制御されればΩΛについて15%の2σ制約が達成可能である。

ABSTRACT

A comparison between the line of sight power spectrum of absorption in the Lyman-alpha forest and the cross power spectrum between the absorption in neighboring lines of sight offers an evolution-free means to constrain the cosmological constant, or dark energy. Using cosmological simulations, we consider a maximum likelihood method to obtain constraints from this comparison. In our method, measurements of the auto and cross spectra from observations are compared with those from a multi-parameter grid of simulated models of the intergalactic medium. We then marginalize over nuisance parameters to obtain constraints on the cosmological constant. Redshift space distortions due to peculiar velocities and thermal broadening, a potential difficulty in applying this test, are explicitly modeled in our simulations. To illustrate our method, we measure the cross spectrum from a new sample of five close quasar pairs, with separations of 0.5 to 3 arcmin. We attempt to obtain a constraint on Omega_Lambda, but find only weak constraints. An Einstein-de-Sitter cosmology is, however, disfavored by the data at a ~ 2 sigma confidence level. We consider the power of future observations, paying particular attention to the effects of spectral resolution and shot-noise. We find that ~ 50 moderate resolution, FWHM ~ 150 km/s, close separation (~ 30-120 arcsec) pairs should allow a (2 sigma) constraint on Omega_Lambda at the level of 15%, if other modeling parameters are determined through other means. We find that there is a sizeable gain from observing very close, ~ 30 arcsec, separation pairs provided they are observed with high spectral resolution. A sample of ~ 10 such pairs gives similar constraints to the 50 moderate resolution pairs mentioned above.

研究の動機と目的

• 宇宙距離階層や源の進化に関する仮定を必要としない、近接クェザー対におけるリプマン＝アルファフォレスト吸収の交差相関に基づく宇宙論的テストの開発。
• 赤方偏移空間歪みおよび熱的広がりが、宇宙論的シミュレーションにおける三次元フラックスパワー スペクトルに与える影響のモデル化。
• 観測された自己および交差スペクトルと、ΩΛを制約するためのシミュレーテッドIGMモデルのグリッドを比較する最尤法の適用。
• 将来的な観測によるダークエネルギーの競争的制約を達成するための妥当性と必要なサンプルサイズの評価。

提案手法

• 高動的レンジを持つ宇宙論的シミュレーションを用いて、赤方偏移空間歪みおよび熱的広がりがフラックスパワー スペクトルに与える影響を、宇宙間媒体（IGM）をモデル化する。
• 観測されたフラックス統計と一致させるために、異なる宇宙論的パラメータ、初期パワー スペクトルの振幅、スペクトル指数をカバーする多パラメータのシミュレーションモデルのグリッドを構築する。
• クェザー対の観測された赤方偏移および角度的分離を用いて、シミュレーションでフーリエ空間における自己および交差パワー スペクトルを測定する。
• 観測された自己および交差スペクトルとシミュレートされたスペクトルを比較する最尤フレームワークを適用し、余計なパラメータを周辺化することでΩΛを制約する。
• 256³粒子、20.0 Mpc/hのボリュームサイズのシミュレーションを用い、基本モード未満および分解能が不十分な高kモードを除外することで、結果の妥当性を検証する。
• 異なる観測シナリオをシミュレートすることで、将来の制約に与えるスペクトル分解能およびショットノイズの影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近接クェザー対におけるリプマン＝アルファフォレスト吸収の交差スペクトルは、宇宙定数についての頑健で進化に依存しない制約を提供できるか？
• RQ2 赤方偏移空間歪みおよび熱的広がりは、リプマン＝アルファフォレストにおける三次元フラックスパワー スペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ3 現在および将来的なクェザー対サンプルを用いて、ΩΛの統計的精度はどの程度達成可能か？
• RQ4 クェザー対のスペクトル分解能および角度的分離は、交差スペクトル法の感度にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 現在の5対の近接クェザー対からのデータに基づき、この手法は約2σの信頼水準でアインシュタイン＝ド・シータ宇宙論を除外する。
• サンプルサイズが限定されており、交差スペクトル測定の誤差が大きいことから、ΩΛに対する現在の制約は弱い。
• 中程度分解能のクェザー対約50対（FWHM ~150 km/s、Δθ ~30′′–120′′）のサンプルがあれば、他のモデリングパラメータがよく決定されていれば、ΩΛについて15%の2σ制約が得られる。
• 非常に近接した10対のクェザー対（Δθ ~30′′）を高分解能で観測すれば、50対の中程度分解能サンプルと同等の制約が得られる。
• 高分解能シミュレーションにより、256³粒子、20.0 Mpc/hボリュームはk > 0.03 s/kmの小スケールパワーに対して不十分であることが確認されたが、これは現在のデータ分解能を考慮すれば問題ない。
• シミュレーションにおけるサンプル分散および分解能の制限から、将来的な制約には、不確実性を低減するための大規模・高分解能シミュレーションが必要であると示唆される。