[논문 리뷰] Consistency of effective field theory analyses of the BOSS power spectrum

Théo Simon, Pierre Zhang외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 08. 11.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 일주성 이론(Effective Field Theory of Large-Scale Structure, EFTofLSS)를 사용하여 BOSS 파wer 스펙트럼에서 관측된 우주론적 제약 조건의 일관성 없는 결과를 조사하며, PyBird와 CLASS-PT라는 두 주요 우연성 파ipelining 간의 차이가 주로 EFT 매개변수의 서로 다른 사전분포('서해안' 대비 '동해안')에서 기인함을 밝혀낸다. 비정규 분포의 사후분포로 인해 최대사후추정치와의 비교에서 우주론적 매개변수에 대해 최대 약 ~2σ의 이동이 발생할 수 있으나, 사전분포를 넓힐 경우 결과는 약 ~1σ 이내에서 일관되며, CMB 데이터와 조합했을 때 BOSS의 우주론적 제약 조건은 ΛCDM 모델 하에서 Planck 결과와 충돌하지 않는다.

ABSTRACT

We assess the robustness of $Λ$CDM results from the full-shape analysis of BOSS power spectrum using the one-loop prediction of the Effective Field Theory of Large-Scale Structure (EFTofLSS). The public likelihoods PyBird and CLASS-PT lead to results in agreement only at the $1σ$ level, despite the fact that they are derived from the same BOSS dataset and theory model. We perform a thorough comparison of the various analyses choices made between the two pipelines, and identify that the differences come from the choice of prior on the EFT parameters, dubbed "West-coast" (WC) and "East-coast" (EC) prior, respectively associated to PyBird and CLASS-PT. In particular, because posteriors are non-Gaussian, projection effects from the marginalization over the EFT parameters shift the posterior mean of the cosmological parameters with respect to the best-fit up to $1σ$ in the WC prior and up to $2σ$ in the EC prior. We quantify that best-fit cosmological parameters extracted from BOSS given the two prior choices are consistent at $\sim 1σ$. The consistency improves to $\sim 0.5σ$ when doubling the prior widths. While this reveals that current EFT analyses are subject to prior effects, we show that cosmological results obtained in combination with CMB, or from forthcoming large-volume data, are less sensitive to those effects. In addition, we investigate differences between BOSS measurements. We find broad agreements across all pre-reconstructed measurements considered ($<0.6σ$), but the two available BOSS post-reconstructed measurements in Fourier space, once combined with the EFT full-shape analysis, lead to discrepant Hubble parameter $H_0$ at $\sim 0.9σ$. Given the various effects we discuss, we argue that the clustering amplitude $σ_8$ measured with BOSS is not in statistical tension with that inferred from Planck under $Λ$CDM.

연구 동기 및 목표

• 일주성 이론(1계차 EFTofLSS)를 사용한 BOSS 전체형상 파워 스펙트럼 분석에서 유도된 ΛCDM 제약 조건의 견고성을 평가하기 위해.
• 동일한 데이터와 이론 모델을 사용하고도 두 주요 우연성 파ipelining(PyBird와 CLASS-PT) 간에 우주론적 결과에 차이가 나는 원인을 규명하기 위해.
• 비정규 분포의 존재에서 특히 중요한 EFT 매개변수 사전분포, 측정 선택, 분석 설정이 우주론적 사후분포에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• EFT 매개변수 사전분포 효과를 고려할 때, BOSS에서 유도된 군집 강도 σ₈가 ΛCDM 모델 하에서 Planck 결과와 통계적으로 충돌하는지 여부를 판단하기 위해.

제안 방법

• PyBird와 CLASS-PT 우연성 파ipelining 간의 분석 선택 사항을 체계적으로 비교하며, EFT 매개변수 사전분포, 스케일 컷, 다중극수, 재구성된 대비 사전 재구성된 측정값을 포함한다.
• 동일한 데이터셋을 사용하되, 다른 사전분포와 분석 설정을 적용하여 사전분포 선택의 영향을 고립적으로 평가하고 매개변수 이동을 직접 비교한다.
• EFT 매개변수에 대한 근사화에 의한 사후분포 이동을 정량화하며, 특히 비정규 분포 사후분포에서 발생하는 사후분포 평균의 이동을 유도하는 사영 효과를 분석한다.
• 푸리에 공간에서의 사전 및 사후 재구성된 데이터를 포함한 다수의 BOSS 파워스펙트럼 측정치 간의 일관성을 평가한다.
• 노이즈 매개변수인 ω_b와 n_s를 고정하거나 변동시키는 것이 우주론적 제약 조건에 미치는 영향을 평가한다.
• 독립적 분석 결과(예: Chen 등 2022, Brieden 등 2022)와 비교하여, 본 연구 결과가 전체 문헌 맥락 내에서 어떻게 위치되는지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동일한 BOSS 데이터셋과 EFTofLSS 모델을 사용하고도 PyBird와 CLASS-PT 우연성 파ipelining 간에 약 ~1σ의 우주론적 제약 조건 차이가 발생하는 원인은 무엇인가?
• RQ2 EFT 매개변수에 대한 서로 다른 사전분포('서해안' 대비 '동해안')가 비정규 사후분포 하에서 우주론적 매개변수의 사후분포에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 스케일 컷, 다중극수, 재구성 상태와 같은 분석 선택 사항이 최종 우주론적 제약 조건에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ4 EFTofLSS를 사용할 때, 푸리에 공간에서의 사후 재구성된 BOSS 파워 스펙트럼 측정치로부터 유도된 H₀ 제약 조건은 상호 일관성이 있는가?
• RQ5 EFT 매개변수 사전분포 효과를 고려할 때, BOSS에서 유도된 σ₈ 값은 ΛCDM 모델 하에서 Planck 결과와 통계적으로 충돌하는가?

주요 결과

• PyBird와 CLASS-PT 결과 간의 주요 원인은 EFT 매개변수 사전분포 선택이며, '동해안' 사전분포는 비정규 분포의 근사화 효과로 인해 더 큰 우주론적 사후분포 이동을 유도한다.
• 비정규 사후분포에서 발생하는 사영 효과로 인해, 사후분포 평균의 이동은 '서해안' 사전분포 기준 약 ~1σ, '동해안' 사전분포 기준 약 ~2σ에 이르게 된다.
• 두 파ipelining에서의 최대사후추정치 우주론적 매개변수 간 일관성은 ≤1σ 이내이며, 두 사전분포의 폭을 두 배로 늘일 경우 ≤0.4σ로 향상된다.
• 푸리에 공간에서의 두 개의 사후 재구성된 BOSS 파워 스펙트럼 측정치는 EFTofLSS를 사용할 때 H₀ 제약 조건에서 약 0.9σ의 이격을 보인다.
• EFT 사전분포 효과를 적절히 고려할 경우, BOSS로 측정된 군집 강도 σ₈는 ΛCDM 모델 하에서 Planck 결과와 통계적으로 충돌하지 않는다.
• CMB 데이터와 조합된 BOSS의 우주론적 제약 조건은 EFT 사전분포 효과에 덜 민감하며, 향후 대규모 영역 설문 조사에서의 견고성을 시사한다.