[論文レビュー] Voids in Redshift Space

Masatoshi Shoji, Jounghun Lee|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、赤方偏移空間における空洞の楕円度確率密度関数（PDF）を、赤方偏移空間歪みが空洞の楕円度を増加させ、PDFに特徴的なカットオフを生じさせることを示し、宇宙論的プローブとしての$f(z)$の測定に用いることを提案している。個々の空洞におけるポアソンノイズの影響にもかかわらず、空洞をスタッキングすることで楕円度の非等方性を検出可能とし、Alcock-Paczynskiテストを用いた$f(z)$の測定に向けた頑健な手法が得られる。

ABSTRACT

We study the ellipticity probability distribution function (PDF) of voids in redshift space with galaxies as tracers of the shapes of voids. We find that the redshift space distortion on the shape of voids statistically increases the ellipticities of voids, and leaves a prominent feature on the ellipticity PDF as a substantial reduction in the probability of having voids with small ellipticity. The location of this characteristic cutoff of the ellipticity PDF is an explicit function of the logarithmic growth rate, and it can be used as a probe of cosmology once the radial density profile of voids is better understood. However, the biggest limiting factor for the use of ellipticity PDF as a probe of cosmology lies in the Poisson noise from a small number of galaxies to define the shape of a given void. This Poisson noise creates a significant contamination of the resulting ellipticity PDF so that the shape of the original PDF is almost washed-out. Nevertheless, there is a way to overcome the Poisson noise via the Alcock Paczynski test on the shape of stacked voids. In redshift space, since the void is elongated toward the line of sight, the stacked void has non-zero ellipticity, which can be a tell-tale of the logarithmic growth rate. Although some useful information of void ellipticity will be lost by stacking, in this way, we can see the effect of redshift space distortion as a source of anisotropy in the stacked void ellipticity. We think that the stacking analysis of the voids in redshift space is potentially a powerful tool to probe the cosmology.

研究の動機と目的

• 赤方偏移空間歪みが、特にその楕円度分布に与える影響を調査すること。
• 楕円度PDFが、重要な宇宙論的パラメータである対数的成長率$f(z)$のプローブとしての可能性を評価すること。
• 空洞の形状を定義する際に、希な銀河トレーサーによるポアソンノイズの課題を扱うこと。
• 赤方偏移空間歪みに起因する非等方性を保持するスタッキング手法を考案し、$f(z)$を赤方偏移空間歪みから抽出すること。
• 赤方偏移空間におけるスタックされた空洞が、視線方向の伸長により非ゼロの楕円度を示し、Alcock-Paczynski効果による宇宙論的テストが可能になることを示すこと。

提案手法

• Park & Lee (2007) の楕円度PDFを用いて、赤方偏移空間における空洞形状の統計的分布をモデル化する。
• Zel'dovich近似を用いて、空洞内における潮汐歪みおよび特異速度場をモデル化する。
• 径方向の特異速度場を用いて、赤方偏移空間における空洞の歪みを導出し、視線方向の伸長が楕円度を増加させることを示す。
• 縦長および横長の回転楕円体空洞内の特異速度場をモデル化し、$f(z)$、平均密度対比$"]=\bar{\delta}$、および実空間における楕円度に依存することを示す。
• スタックされた空洞に対してAlcock-Paczynskiテストを適用し、$f(z)$に情報を含む楕円度の非等方性を検出する。
• 解析的計算において球面調和関数およびベッセル関数を用いて、赤方偏移空間歪み下での空洞形状の歪みを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移空間歪みは、宇宙空洞の楕円度分布にどのように影響するか？
• RQ2 空洞の楕円度PDFに現れる特徴的なカットオフを、対数的成長率$f(z)$の制約に用いることができるか？
• RQ3 希な銀河トレーサーによるポアソンノイズは、個々の空洞の真の楕円度PDFをどの程度曇らせるか？
• RQ4 空洞をスタックすることで、ポアソンノイズを軽減し、赤方偏移空間歪みに起因する検出可能な非等方性を保持できるか？
• RQ5 赤方偏移空間におけるスタックされた空洞の楕円度は、Alcock-Paczynskiテストを用いて$f(z)$に関する測定可能な情報を保持しているか？

主な発見

• 赤方偏移空間歪みは、空洞の楕円度を統計的に増加させ、低楕円度空洞の確率が顕著に減少する。
• 楕円度PDFにおける特徴的なカットオフの位置は、明示的に対数的成長率$f(z)$によって決定され、これが宇宙論的プローブとしての可能性を有する。
• 空洞1つあたりの少数の銀河に起因するポアソンノイズは、楕円度PDFを著しく汚染し、元の分布の形状を曇らせる。
• 赤方偏移空間における空洞のスタッキングにより、視線方向の伸長に起因する検出可能な非等方性が保持され、$f(z)$の測定が可能になる。
• 赤方偏移空間におけるスタックされた空洞の楕円度は、赤方偏移空間歪みに起因して非ゼロの値を示し、Alcock-Paczynskiテストによる成長率の直接観測的シグナルを提供する。
• この手法は空洞サイズに依存せず、$f(z)$、$"]=\bar{\delta}$、および実空間における楕円度にのみ依存するため、宇宙論的解釈が簡素化される。