[논문 리뷰] Cosmology from large-scale structure: Constraining $Λ$CDM with BOSS

Tilman Tröster, Ariel G. Sánchez외 10명|MPG.PuRe (Max Planck Society)|2019. 09. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 33인용 수 46

한 줄 요약

본 논문은 BOSS DR12 비등방성 은하 군집화를 전체 형상 정보로 재분석해 평탄한 ΛCDM를 제약하고 Planck와의 일치를 검사하며, KV450 약시 렌즈링과 결합해 제약을 개선하고 교 probes 간 긴장을 평가한다.

ABSTRACT

We reanalyse the anisotropic galaxy clustering measurement from the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), demonstrating that using the full shape information provides cosmological constraints that are comparable to other low-redshift probes. We find $Ω_\mathrm{m} = 0.317^{+0.015}_{-0.019}$, $σ_8 = 0.710\pm 0.049$, and $h = 0.704\pm 0.024$ for flat $Λ$CDM cosmologies using uninformative priors on $Ω_\mathrm{c}h^2$, $100θ_\mathrm{MC}$, $\ln 10^{10} A_{s}$, and $n_{s}$, and a prior on $Ω_\mathrm{b}h^2$ that is much wider than current constraints. We quantify the agreement between the Planck 2018 constraints from the cosmic microwave background and BOSS, finding the two data sets to be consistent within a flat $Λ$CDM cosmology using the Bayes factor as well as the prior-insensitive suspiciousness statistic. Combining two low-redshift probes, we jointly analyse the clustering of BOSS galaxies with weak lensing measurements from the Kilo-Degree Survey (KV450). The combination of BOSS and KV450 improves the measurement by up to 45%, constraining $σ_8 = 0.702\pm 0.029$ and $S_8 = σ_8\sqrt{Ω_\mathrm{m}/0.3} = 0.728\pm 0.026$. Over the full 5D parameter space, the odds in favour of single cosmology describing galaxy clustering, lensing, and the cosmic microwave background are $7\pm2$. The suspiciousness statistic signals a $2.1\pm0.3σ$ tension between the combined low-redshift probes and measurements from the cosmic microwave background.

연구 동기 및 목표

• 저적색편이 대규모 구조(LSS) 측정으로 정밀 우주론을 촉진한다.
• 이방성 은하 군집화에서 전체 형상 정보를 추출해 외부 데이터 없이 ΛCDM를 제약한다.
• BOSS의 저적색편이 결과와 Planck CMB 제약 간의 일치를 평가한다.
• BOSS와 약시 렌즈링 데이터(KV450)를 결합했을 때의 개선점을 보여준다.

제안 방법

• 두 개의 적색편이 구간(0.2≤z<0.5 및 0.5≤z<0.75)에서 BOSS DR12의 전체 이방 상관 함수 웨지들을 사용한다.
• 각 구간별 자유 매개변수를 갖는 바이어스/RSD 프레임워크와 함께 비선형 질량 진화를 gRPT로 모델링한다.
• 기하학적 효과를 반영하기 위해 Alcock-Paczynski 재스케일링을 포함하고 fσ8, q⊥, q∥ 및 관련 매개변수를 적합한다.
• CosmoMC와 CosmoSIS를 사용해 비정보적(priors) 사전확률로 매개변수를 추론한다(단 Ωb h^2를 제외).
• 시뮬레이션(Minerva, MD-Patchy 모조 데이터)에서 모델을 검증하고 스케일 컷을 시험해 견고함을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BOSS DR12 전체 형상 클러스터링만으로 얻을 수 있는 평탄한 ΛCDM 매개변수 제약은 무엇인가?
• RQ2 ΛCDM 내에서 BOSS DR12 전체 형상 결과가 Planck CMB 제약과 일치하는가?
• RQ3 BOSS DR12 클러스터링에 약시 렌즈링(KV450)을 포함시키면 매개변수 제약이 어떻게 개선되고 Planck과의 긴장에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 ΛCDM에서 저적색편이 탐침(BOSS+KV450)과 Planck 간의 긴장도나 일치 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• Ωm = 0.317^{+0.015}_{-0.019}.
• σ8 = 0.710 ± 0.049.
• h = 0.704 ± 0.024.
• BOSS+KV450 yields σ8 = 0.702 ± 0.029 and S8 = 0.728 ± 0.026.
• Odds favoring a single cosmology for low- and high-redshift probes: 7 ± 2 (Bayes factor).
• Suspiciousness log S = 0.13 ± 0.11, implying a tension of 0.76 ± 0.05 σ between low-redshift probes and Planck.
• Joint BOSS+KV450 constraints on S8 are consistent with, but 3.4σ lower than, Planck for Planck comparison.
• Low-redshift σ8 and KV450 reach tensions with Planck at ~2.1σ (suspiciousness) when combined with CMB data.