[論文レビュー] Will Kinematic Sunyaev-Zel'dovich Measurements Enhance the Science Return from Galaxy Redshift Surveys?

Naonori S. Sugiyama, Teppei Okumura+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2016

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、将来のCMB実験による運動的サニャエフ＝ツェルドビッチ（kSZ）測定と赤方偏移銀河図の組み合わせが、成長率 $f$ およびハッブル定数 $H$ の宇宙論的制約を顕著に向上させることを示している。非等方的相対2点kSZパワー スペクトルを八極子までモデル化し、不確実な光学的厚さ $ au_{\rm T}$ を周辺化することで、著者らは共同解析が銀河図のみに比べて $H$ および $f$ の1-$\sigma$ エラーを50–70%まで低減することを示した。

ABSTRACT

Yes. Future CMB experiments such as Advanced ACTPol and CMB-S4 should achieve measurements with S/N of $> 0.1$ for the typical galaxies in redshift surveys. These measurements will provide complementary measurements of the growth rate of large scale structure $f$ and the expansion rate of the Universe $H$ to galaxy clustering measurements. This paper emphasizes that there is significant information in the anisotropy of the relative pairwise kSZ measurements. We expand the relative pairwise kSZ power spectrum in Legendre polynomials and consider up to its octopole. Assuming that the noise in the filtered maps is uncorrelated between the positions of galaxies in the survey, we derive a simple analytic form for the power spectrum covariance of the relative pairwise kSZ temperature in redshift space. While many previous studies have assumed optimistically that the optical depth of the galaxies $\ au_{\ m T}$ in the survey is known, we marginalize over $\ au_{\ m T}$, to compute constraints on the growth rate $f$ and the expansion rate $H$. For realistic sure parameters, we find that combining kSZ and galaxy redshift survey data reduces the marginalized $1$-$\\sigma$ errors on $H$ and $f$ by $\\sim50$-$70\\%$ compared to the galaxy-only analysis.

研究の動機と目的

• 将来のCMB実験によるkSZ測定が銀河赤方偏移図からの宇宙論的制約を改善できるかどうかを評価すること。
• 赤方偏移空間における非等方的相対2点kSZパワー スペクトルを、八極子モーメントまで含めてモデル化すること。
• 現実的なノイズ仮定の下でkSZパワー スペクトルの解析的共分散行列を導出すること。
• $\tau_{\rm T}$ の不確実性を周辺化することで、$f$ および $H$ の頑健な制約を得ること。
• kSZと銀河クラスタリングデータを組み合わせた際の誤差制約の向上を定量化すること。

提案手法

• kSZ温度の相対2点関数をLegendre多項式で展開し、$\ell=3$ までにまで拡大することで、非等方的クラスタリング効果を捉える。
• 銀河位置間のノイズが相関しないという仮定の下で、パワー スペクトルの共分散に対する解析的表現を導出する。
• Fisherマトリクス解析を用いてパラメータ制約を計算し、$D_{\rm A}$, $H$, $f$, $b$, および $\tau_{\rm T}$ に関するパワー スペクトルの偏微分を用いる。
• ハローと物質のパワー スペクトルを関連付けるために、$K_\ell^{(n)}$ 要素を用いて線形Kaiserバイアスと速度バイアスを赤方偏移空間でモデル化する。
• 特徴的運動量 $\vec{v} \propto f$ を一般相対性理論に整合するように仮定し、シミュレートされたパワー スペクトルから $\partial P / \partial \ln f$ を導出する。
• $\tau_{\rm T}$ を統合して周辺化することで、$H$ および $f$ のマージン付きエラーを計算し、$\tau_{\rm T}$ が既知であるという楽観的仮定を避ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Advanced ACTPol や CMB-S4 のような将来のCMB実験によるkSZ測定は、意味のある宇宙論的制約を提供できるか？
• RQ2 八極子まで含めた相対2点kSZ信号の非等方性は、$f$ および $H$ の制約をどのように向上させるか？
• RQ3 不確実な光学的厚さ $\tau_{\rm T}$ を周辺化することは、$H$ および $f$ の最終的誤差予算にどのような影響を与えるか？
• RQ4 kSZと銀河赤方偏移図データを組み合わせることで、銀河クラスタリングのみの場合に比べて不確実性がどの程度低減されるか？
• RQ5 赤方偏移空間歪みは、kSZに基づく速度測定の解釈にどのように影響を与えるか？

主な発見

• Advanced ACTPol や CMB-S4 のような将来のCMB実験では、赤方偏移図内の典型的なハローに対して、信号対ノイズ比が0.1を超えることが期待される。
• 非等方的kSZ信号、特に八極子まで含めたものには、モノポールを超える顕著な宇宙論的情報が含まれている。
• $\tau_{\rm T}$ を周辺化することで、共同解析は銀河のみの解析に比べて $H$ および $f$ の1-$\sigma$ エラーを50–70%まで低減する。
• 導出された解析的共分散行列により、赤方偏移空間におけるkSZパワー スペクトルのFisherマトリクス予測が堅牢に可能になる。
• 本手法は赤方偏移空間歪みと速度バイアスを考慮しており、$f$ および $H$ の制約の精度が向上する。
• 結果として、kSZ測定は成長率および膨張率の補完的で強力な制約を提供し、銀河赤方偏移図の科学的帰結を強化することが示された。