[논문 리뷰] Cosmic Void Baryon Acoustic Oscillation Measurement: Evaluation of Sensitivity to Selection Effects

D. Forero-Sánchez, Cheng Zhao외 6명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 39인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 우주 빈자리 기반 Baryon Acoustic Oscillation (BAO) 측정의 선택 효과에 대한 민감도를 평가하며, 일정 반경 베이시스와 국소 밀도에 의존하는 반경 기반 베이시스를 비교한다. 일정 반경 기반은 중간 정도의 부족함(<20%) 하에서도 견고하지만, 국소 기반은 희박하거나 축적적으로 부족한 설문에서 특히 큰 척도의 빈자리 배제 편향을 크게 감소시켜 신호의 정밀도를 희생시키지 않고도 더 정확한 BAO 척도 측정을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Cosmic voids defined as a subset of Delaunay Triangulation (DT) circumspheres have been used to measure the Baryon Acoustic Oscillations (BAO) scale; providing tighter constraints on cosmological parameters when combined with matter tracers. These voids are defined as spheres larger than a given radius threshold, which is constant over the survey volume. However, the response of these void tracers to observational systematics has not yet been studied. In this work we analyse the response of void clustering to selection effects. We find for the case of moderate (<20 per cent) incompleteness, void selection based on a constant radius cut yields robust measurements. This is particularly true for BAO-reconstructed galaxy samples, where large-scale void exclusion effects are mitigated. Moreover, we observe for the case of severe (up to 90 per cent) incompleteness -- such as can be found at the edges of the radial selection function -- that an accurate estimation of the void distribution is necessary for unbiased clustering measurements. In addition, we find that without reconstruction, using a constant threshold under these conditions produces a stronger void exclusion effect that can affect the clustering on large scales. A new void selection criteria dependent on the (local) observed tracer density that maximises the BAO peak significance prevents the aforementioned exclusion features from contaminating the BAO signal. Finally, we verify, with large simulations including light cone evolution, that both void sample definitions (local and constant) yield unbiased and consistent BAO scale measurements.

연구 동기 및 목표

• 선택 효과, 특히 설문의 부족함이 우주 빈자리로 사용된 BAO 측정에 어떤 영향을 미치는지 평가하기.
• 일정 반경 기반 자르기와 국소 밀도에 의존하는 반경 기반 자르기의 두 빈자리 선별 방법의 견고성 비교하기.
• 특히 불완전하거나 비균일한 설문에서 관측 체계적 편향이 있을 때 빈자리 군집화가 여전히 편향 없이 유지되는지 확인하기.
• 재구성된 및 비재구성된 은하 샘플에서 빈자리 기반 BAO 측정의 성능 평가하기.
• 두 빈자리 선별 방법이 라이트 콘 시뮬레이션에서 일관되고 편향 없는 BAO 척도 측정을 제공하는지 검증하기.

제안 방법

• 은하 분포에서 단체의 외접원으로서 빈자리를 식별하기 위해 Delaunay Triangulation Void finder (Dive)를 사용한다.
• 두 가지 빈자리 선별 기준을 적용한다: (1) 일정 반경 임계값 (R > Rc), (2) 국소 밀도에 의존하는 반경 (R > γ × n_gal(x)^ν).
• MD-Patchy 라이트 콘 시뮬레이션과 BOSS DR12 데이터를 사용하여 다양한 부족 수준에서 군집 반응을 테스트한다.
• 다양한 선별 체계와 적색편이 밴드에서 빈자리-은하, 은하-은하, 빈자리-빈자리 상관 함수를 비교한다.
• 각 트레이서 밀도에 대해 국소 자르기의 파rameter (γ, ν) 를 최적화하기 위해 신호 대 잡음비(SNR) 최대화 기법을 사용한다.
• BAO 피크의 신호의 중요도와 α 매개변수 복원을 평가하여 측정 편향과 정밀도를 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중간 정도의 부족함(<20%)은 일정 반경 기반 빈자리 선별을 사용한 BAO 측정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 심각한 부족함—예를 들어, 방사형 선택 함수의 가장자리 효과—는 빈자리 군집화와 BAO 신호 복원에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 국소 밀도에 의존하는 빈자리 선별 기준은 일정 반경 기반보다 큰 척도의 빈자리 배제 효과를 줄이는가?
• RQ4 빈자리 재구성은 선택 효과 하에서 BAO 측정의 견고성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 일정 반경과 국소 빈자리 선별 방법이 현실적인 라이트 콘 시뮬레이션에서 편향 없고 일관된 BAO 척도 측정을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 중간 정도의 부족함(<20%) 하에서는 일정 반경 기반 빈자리 선별이 재구성된 은하 샘플에서 특히 견고하고 편향 없는 BAO 측정을 제공한다.
• 심각한 부족함(최대 90%) 하에서는 일정 반경 기반 선별이 큰 척도에서 강한 빈자리 배제 효과를 유도하여 BAO 신호를 편향시킨다.
• 국소 밀도에 의존하는 빈자리 선별 기준 (R > γ × n_gal(x)^ν) 은 빈자리 배제 특성을 효과적으로 억제하며, 균일한 Patchy 시뮬레이션과 일치하는 군집을 생성한다.
• 국소 자르기 방법은 은하-빈자리 상관관계에서 BAO 피크의 신호 대 잡음비가 은하-은하 자가상관관계를 넘어서는 높은 값을 기록한다.
• 라이트 콘 시뮬레이션에서 일정 반경 및 국소 빈자리 선별 방법 모두 α 매개변수 복원이 편향 없이 이루어지며, BAO 척도 측정 정밀도에 있어 유의미한 차이가 없다.
• 재구성 후 빈자리 배제 효과는 크게 감소하여, BOSS DR12와 같은 고밀도, LRG 유사 샘플에서는 일정 반경 기반 선별이 BAO 측정에 있어 충분히 견고하다.