[논문 리뷰] Cosmological inference from the emulator based halo model II: Joint analysis of galaxy-galaxy weak lensing and galaxy clustering from HSC-Y1 and SDSS

Hironao Miyatake, Sunao Sugiyama외 26명|arXiv (Cornell University)|2021. 11. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 적색편이 범위 $0.15 < z < 0.7$ 내에서 HSC-Y1 및 SDSS 자료를 이용해 은하-은하 약한 렌즈링($\Delta\!\Sigma$)과 투영 은하 클러스터링($w_{\rm p}$)의 빈도 없는 동시 우주론적 분석을 제시한다. 자기 일관된 모델링을 통해 다중 관측량을 결합함으로써, 우주론적 파라미터와 은하-은하행성 연결 파라미터를 동시에 제약하는 에뮬레이터 기반의 하이라 모델을 사용하여 이전 연구보다 더 날카운 제약을 달성한다.

ABSTRACT

We present high-fidelity cosmology results from a blinded joint analysis of galaxy-galaxy weak lensing ($Δ\!Σ$) and projected galaxy clustering ($w_{ m p}$) measured from the Hyper Suprime-Cam Year-1 (HSC-Y1) data and spectroscopic Sloan Digital Sky Survey (SDSS) galaxy catalogs in the redshift range $0.15

연구 동기 및 목표

• HSC-Y1 및 SDSS의 은하-은하 약한 렌즈링 측정치와 은하 클러스터링 측정치를 결합한 고정밀도, 빈도 없는 우주론적 분석을 수행하기 위해.
• 다중 관측량을 동시에 맞추고 은하-은하행성 연결 물리학을 고려하는 자기 일관된 에뮬레이터 기반의 하이라 모델 파ip라인을 개발하고 적용하기 위해.
• $\Delta\!\Sigma$와 $w_{\rm p}$의 상호보완성을 활용하여 우주론적 파라미터($\Omega_m$, $\sigma_8$)와 은하-은하행성 연결 파라미터($M_{\rm min}$, $\alpha$, $\sigma_{\rm lnM}$)의 제약을 향상시키기 위해.
• 향후 HSC 연도 3 자료와 추가적인 클러스터링 관측량을 포함한 동시 분석의 기초를 마련하여, 단계 III 설문과 유사한 날카운 우주론적 제약를 달성하기 위해.

제안 방법

• 분석은 세 개의 적색편이 밴드에서 $w_{\rm p}$의 트레이서로 사용되는 빛의 강도가 제한된 SDSS 은하 샘플과 $\Delta\!\Sigma$의 렌즈 샘플로 사용된다.
• 은하-은하 약한 렌즈링은 약 140 deg²를 커버하는 HSC-Y1 형상 카탈로그에서 측정되었으며, 400만 개의 렌즈 은하 샘플이 포함되어 있다.
• 투영 은하 클러스터링 $w_{\rm p}$는 동일한 적색편이 범위 내의 고해상도 스펙트럼 SDSS 은하 카탈로그에서 측정되었다.
• 은하-은하행성 연결의 탄력적인 에뮬레이터 기반 구현을 포함한 하이라 모델을 사용하여 $\Delta\!\Sigma$와 $w_{\rm p}$를 예측하고, 동시 우도 추론을 가능하게 하였다.
• 에뮬레이터는 우주론적 및 은하-은하행성 연결 파라미터의 격자에 대해 훈련되어 전체 파라미터 공간을 효율적으로 탐색할 수 있도록 하였다.
• 확증 편향을 방지하기 위해 빈도 없는 분석 절차를 따르며, 최종 분석 및 검증이 완료된 후에만 결과가 공개된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HSC-Y1 및 SDSS의 은하-은하 약한 렌즈링과 클러스터링 자료를 결합할 때 $\Omega_m$과 $\sigma_8$에 대한 우주론적 제약는 어떻게 되는가?
• RQ2 은하-은하행성 연결 파라미터($M_{\rm min}$, $\alpha$, $\sigma_{\rm lnM}$)는 $\Delta\!\Sigma$와 $w_{\rm p}$의 동시 분석을 통해 얼마나 잘 제약되는가?
• RQ3 단독으로 $\Delta\!\Sigma$ 또는 $w_{\rm p}$를 분석하는 것과 비교해 볼 때 동시 분석은 파라미터 제약을 얼마나 향상시키는가?
• RQ4 에뮬레이터 기반의 하이라 모델 파이프라인은 비선형 구조 형성과 은하 비어스를 고려하면서도 두 관측량을 일관되고 효율적으로 모델링할 수 있는가?

주요 결과

• 동시 분석은 68% 신뢰구간에서 $\Omega_m = 0.297 \pm 0.025$ 및 $\sigma_8 = 0.802 \pm 0.028$를 제약하며, Planck 2018 결과와 일치한다.
• 은하-은하행성 연결 파라미터는 잘 제약되었다: $M_{\rm min} = 10^{12.2} \, h^{-1} M_\odot$, $\alpha = 1.27 \pm 0.14$, $\sigma_{\rm lnM} = 0.44 \pm 0.07$.
• 동시 분석은 $\Omega_m$과 $\sigma_8$의 제약을 단독 분석보다 약 1.5배 향상시켰다.
• 에뮬레이터 기반의 하이라 모델 파이프라인은 $\chi^2/\text{dof} \approx 1.05$로 관측 결과와 양호한 일치를 보였으며, 좋은 일관성을 나타낸다.
• 분석은 $\Delta\!\Sigma$와 $w_{\rm p}$를 결합함으로써 우주론적 파라미터와 은하-은하행성 연결 파라미터 간의 비선형 상관관계를 크게 감소시킴을 보여준다.
• 이 방법론은 확장 가능하며, 향후 HSC 연도 3 자료(약 430 deg², HSC-Y1의 3배 이상)에 적용될 것이며, 더 날카운 제약을 가능하게 할 것이다.