[논문 리뷰] Cosmic shear analysis of archival HST/ACS data: I. Comparison of early ACS pure parallel data to the HST/GEMS Survey

T. Schrabback, T. Erben외 10명|ArXiv.org|2006. 06. 25.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 105인용 수 51

한 줄 요약

이 연구는 압축된 허블 우주망원경/ACS 데이터에 대한 천체진동 분석을 제시하며, 체계적 편향을 <2×10⁻⁶로 감소시키는 새로운 시간에 따라 변하는 PSF 보정 방법을 도입한다. GEMS 및 GOODS-CDFS 데이터의 분석은 단일 필드에서의 σ₈ 추정치가 0.52⁺⁰.¹¹₋₀.¹⁵ (통계) ±0.07 (체계적)로 낮게 나오며, 이는 전경 구조의 국소적 밀도 감소로 인한 천체진동의 결과로 해석된다.

ABSTRACT

This is the first paper of a series describing our measurement of weak lensing by large-scale structure using archival observations from the Advanced Camera for Surveys (ACS) on board the Hubble Space Telescope (HST). In this work we present results from a pilot study testing the capabilities of the ACS for cosmic shear measurements with early parallel observations and presenting a re-analysis of HST/ACS data from the GEMS survey and the GOODS observations of the Chandra Deep Field South (CDFS). We describe our new correction scheme for the time-dependent ACS PSF based on observations of stellar fields. This is currently the only technique which takes the full time variation of the PSF between individual ACS exposures into account. We estimate that our PSF correction scheme reduces the systematic contribution to the shear correlation functions due to PSF distortions to &lt; 2*10^{-6} for galaxy fields containing at least 10 stars. We perform a number of diagnostic tests indicating that the remaining level of systematics is consistent with zero for the GEMS and GOODS data confirming the success of our PSF correction scheme. For the parallel data we detect a low level of remaining systematics which we interpret to be caused by a lack of sufficient dithering of the data. Combining the shear estimate of the GEMS and GOODS observations using 96 galaxies arcmin^{-2} with the photometric redshift catalogue of the GOODS-MUSIC sample, we determine a local single field estimate for the mass power spectrum normalisation sigma_{8,CDFS}=0.52^{+0.11}_{-0.15} (stat) +/- 0.07 (sys) (68% confidence assuming Gaussian cosmic variance) at fixed Omega_m=0.3 for a LambdaCDM cosmology. We interpret this exceptionally low estimate to be due to a local under-density of the foreground structures in the CDFS.

연구 동기 및 목표

• 초기 HST/ACS 순수 병렬 관측을 이용한 천체진동 측정의 가능성 평가
• ACS 데이터에 대한 시간에 따라 변하는 PSF 보정 기법을 개발하고 검증하여 약한 렌즈 측정에서의 체계적 오차를 최소화
• ACS 병렬 데이터의 천체진동 결과를 GEMS 조사 및 GOODS-CDFS 영역의 결과와 비교
• 천체진동의 영향과 CDFS 영역에서의 전경 구조 밀도 감소가 σ₈ 추정치에 미치는 영향 조사
• shear 측정에서의 체계적 오차를 정량화하고 PSF 보정 방법의 신뢰성 검증

제안 방법

• 별 영역을 이용하여 ACS PSF의 전체 시간적 변화를 모델링함으로써 새로운 시간에 따라 변하는 PSF 보정 기법을 개발
• 장면 내 항성 이미지를 사용하여 PSF의 시간적 변화를 피팅함으로써 PSF 유도 shear 체계적 오차를 보정
• GEMS 및 GOODS-CDFS 데이터에 대한 진단 테스트를 통해 잔류 체계적 오차를 검증하고 shear 상관 함수를 계산
• GOODS-MUSIC 목록의 광학적 적색편이를 사용하여 원천 적색편이 분포를 추정하고 σ₈를 계산
• 통계적 불확실성은 허블 상수 및 적색편이 분포 불확실성에 대한 최소화를 통해 전파
• GEMS 및 GOODS-CDFS 데이터에서 96개의 은하를 분광단위면적당으로 조합하여 단일 필드 σ₈ 추정치 도출

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적절한 PSF 보정 후에 압축된 HST/ACS 순수 병렬 데이터가 신뢰할 수 있는 천체진동 측정을 가능하게 하는가?
• RQ2 시간에 따라 변하는 PSF 보정 기법이 약한 렌즈 shear 측정에서의 체계적 오차를 얼마나 효과적으로 최소화하는가?
• RQ3 왜 CDFS 영역에서 측정된 σ₈ 값이 다른 천체진동 조사보다 현저히 낮은가?
• RQ4 CDFS 영역에서 낮은 σ₈ 추정치가 전경의 밀도 감소로 인한 천체진동의 영향으로 어느 정도 기인하는가?
• RQ5 체계적 오차 통제 측면에서 이 PSF 보정 방법은 다른 shear 측정 기법과 비교해 어떻게 성능을 내는가?

주요 결과

• 시간에 따라 변하는 PSF 보정 기법은 최소 10개의 항성이 있는 영역에서 체계적 shear 오차를 <2×10⁻⁶로 감소시키며, 이는 기대되는 천체물리 신호의 <5%에 해당한다.
• 진단 테스트 결과, GEMS 및 GOODS-CDFS 데이터에서 잔류 체계적 오차는 0과 일치함을 확인하여 PSF 보정 방법의 유효성을 검증한다.
• 병렬 데이터에서 낮은 수준의 잔류 체계적 오차는 부족한 dithering으로 인한 것으로 나타나 데이터 품질의 한계를 시사한다.
• CDFS 영역의 단일 필드 σ₈ 추정치는 σ₈,CDFS = 0.52⁺⁰.¹¹₋₀.¹⁵ (통계) ±0.07 (체계적)이며, 다른 조사들보다 현저히 낮다.
• 낮은 σ₈ 값은 CDFS 영역의 전경 구조에서 국소적 밀도 감소로 인한 천체진동의 결과로 해석되며, 희미한 빨간색 은하 부족과 독립된 증거에 의해 지지된다.
• 분석 결과 CDFS 영역은 특히 밀도가 낮은 편이며, 가우시안 가정 하에 천체진동 오차가 약 1.7배 정도 과소평가되어, 이 격리의 중요도는 약 2σ로 감소함을 시사한다.