[논문 리뷰] Consistent lensing and clustering in a low-$S_8$ Universe with BOSS, DES Year 3, HSC Year 1 and KiDS-1000

A. Amon, N. C. Robertson외 106명|arXiv (Cornell University)|2022. 02. 15.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 BOSS, DES-Y3, HSC-Y1, KiDS-1000 등의 다수의 천체론적 설문조사를 통해 약한 중력 렌즈 효과와 은하 군집 간 일관성을 검증하며, 우주론적 제약 조건을 모델링하기 위해 어둠의 에뮬레이터(Dark Emulator)를 사용한다. 낮은 $S_8$ 우주론($S_8=0.76$)에서는 렌즈 효과와 군집 간 일관성이 확인되나, Planck의 $S_8=0.83$ 우주론에서는 렌즈 신호가 군집 예측보다 약하게 나타나 상당한 괴리가 발생한다. 이는 잠재적인 시스템적 오차나 해결되지 않은 복사성 물리 현상의 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

We evaluate the consistency between lensing and clustering probes of large-scale structure based on measurements of projected galaxy clustering from BOSS combined with overlapping galaxy-galaxy lensing from three surveys: DES Y3, HSC Y1, and KiDS-1000. An intra-lensing-survey study finds good agreement between these lensing data. We model the observations using the Dark Emulator and fit the data at two fixed cosmologies: Planck, with $S_8=0.83$, and a Lensing cosmology with $S_8=0.76$. For a joint analysis limited to scales with $R>5.25h^{-1}$Mpc, we find that both cosmologies provide an acceptable fit to the data. Full utilisation of the small-scale clustering and lensing measurements is hindered by uncertainty in the impact of baryon feedback and assembly bias, which we account for with a reasoned theoretical error budget. We incorporate a systematic scaling parameter for each redshift bin, $A$, that decouples the lensing and clustering to capture any inconsistency. When a wide range of scales ($0.15

연구 동기 및 목표

• 다수의 대규모 천체론 설문조사를 통해 약한 렌즈 효과와 은하 군집 측정 간 일관성을 평가하기 위해.
• 낮은 $S_8$ 우주론($S_8=0.76$)이 BOSS, DES-Y3, HSC-Y1, KiDS-1000의 공동 렌즈 및 군집 데이터와 일관된지 테스트하기 위해.
• 렌즈 및 군집 신호를 분리하기 위해 적색편이에 따라 변화하는 일관성 파라미터 $A$를 도입하여 시스템적 불일치를 정량화하기 위해.
• 소규모 측정에서 복사성 피드백과 집합 편향의 영향을 평가하기 위해 이론적 오차 예산을 제안하기 위해.
• kSZ 기반 복사성 피드백 모델이 Planck 우주론에서의 괴리 문제를 완화하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 우주론적 적색편이 구간에 걸쳐 비선형 물질 스펙트럼과 헬로 점유 분포를 모델링하기 위해 어둠의 에뮬레이터를 활용한다.
• BOSS, DES-Y3, HSC-Y1, KiDS-1000의 은하 군집 및 은하-은하 렌즈(GGL) 데이터를 다중 스케일에서 공동 피팅한다.
• 각 구간에 대해 적색편이에 따라 변화하는 일관성 파라미터 $A$를 도입하여 렌즈 및 군집 신호를 분리함으로써 시스템적 불일치를 허용한다.
• 소규모에서의 불확실성, 특히 복사성 피드백과 집합 편향에 기인한 오차를 고려하기 위해 이론적 오차 예산을 적용한다.
• 복사성 효과에 대한 kSZ 기반 추정치를 사용하여 Planck 우주론에서의 괴리 문제 해결 가능성에 영향을 분석한다.
• 대규모 및 전체 스케일 영역에서 데이터를 분석하여 시스템적 오차와 모델링 선택에 대한 민감도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 낮은 $S_8$ 우주론($S_8=0.76$)에서 렌즈 신호는 군집 신호와 일관성이 있는가?
• RQ2 Planck 우주론($S_8=0.83$)에서는 렌즈와 군집 간에 시스템적 불일치가 존재하는가?
• RQ3 복사성 피드백과 집합 편향은 소규모 렌즈 및 군집 측정 해석에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 kSZ 기반 복사성 피드백 모델은 Planck 우주론에서 렌즈와 군집 간 괴리를 줄일 수 있는가?
• RQ5 렌즈 샘플 선택 효과를 최소화할 경우 일관성 파라미터 $A$는 얼마나 강인한가?

주요 결과

• 낮은 $S_8$ 우주론($S_8=0.76$)에서는 렌즈 및 군집 측정 간 일관성이 확인되며, DES와 KiDS 데이터를 통합할 경우 $A=0.91\pm0.04$를 기록한다.
• 동일한 우주론에서 HSC 데이터를 사용할 경우 $A=0.97\pm0.06$를 기록하여 다양한 렌즈 설문조사를 통해 일관된 결과를 확인한다.
• Planck 우주론($S_8=0.83$)에서는 상당한 괴리가 발견되며, DES+KiDS의 경우 $A=0.79\pm0.03$, HSC의 경우 $A=0.84\pm0.05$로 나타나 렌즈 신호가 군집 예측보다 약하다.
• 복사성 피드백 효과에 대해 kSZ 기반 추정치를 사용할 경우 Planck 우주론의 괴리가 부분적으로 완화된다.
• 분석 결과 소규모 측정은 강력하지만 모델링 불확실성과 샘플 선택 효과에 민감하며, 특히 Planck의 경우 더욱 두드러진다.
• 렌즈-군집 일관성 해석 시 은하-은하구 연결성과 복사성 물리의 시스템적 오차를 고려하는 것이 중요하다는 점을 강조한다.