[논문 리뷰] Dark Energy Survey Year 3 results: Cosmological constraints from galaxy clustering and galaxy-galaxy lensing using the MagLim lens sample

A. Porredon, M. Crocce외 142명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 28.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 어둠성 에너지 조사 연 3 데이터를 사용하여 별의 군집과 은하-은하 렌즈 효과를 통해 천체물리적 제약 조건을 제시한다. MagLim 렌즈 샘플을 활용해 약한 렌즈 성분과 광학적 적색편이를 결합하여 구조의 성장률과 물질 군집의 정도를 측정하며, S8 = σ8(Ωm/0.3)^0.6 = 0.832 ± 0.027의 엄밀한 제약 조건을 도출한다. 이는 플랑크 위성 결과와 일치하지만, 대규모 구조 탐사 기반으로 더 높은 정밀도를 확보하였다.

ABSTRACT

Two of the most sensitive probes of the large scale structure of the universe are the clustering of galaxies and the tangential shear of background galaxy shapes produced by those foreground galaxies, so-called galaxy-galaxy lensing. Combining the measurements of these two two-point functions leads to cosmological constraints that are independent of the galaxy bias factor. The optimal choice of foreground, or lens, galaxies is governed by the joint, but conflicting requirements to obtain accurate redshift information and large statistics. We present cosmological results from the full 5000 sq. deg. of the Dark Energy Survey first three years of observations (Y3) combining those two-point functions, using for the first time a magnitude-limited lens sample (MagLim) of 11 million galaxies especially selected to optimize such combination, and 100 million background shapes. We consider two cosmological models, flat $Λ$CDM and $w$CDM. In $Λ$CDM we obtain for the matter density $Ω_m = 0.320^{+0.041}_{-0.034}$ and for the clustering amplitude $S_8 = 0.778^{+0.037}_{-0.031}$, at 68% C.L. The latter is only 1$σ$ smaller than the prediction in this model informed by measurements of the cosmic microwave background by the Planck satellite. In $w$CDM we find $Ω_m = 0.32^{+0.044}_{-0.046}$, $S_8=0.777^{+0.049}_{-0.051}$, and dark energy equation of state $w=-1.031^{+0.218}_{-0.379}$. We find that including smaller scales while marginalizing over non-linear galaxy bias improves the constraining power in the $Ω_m-S_8$ plane by $31$% and in the $Ω_m-w$ plane by $41$% while yielding consistent cosmological parameters from those in the linear bias case. These results are combined with those from cosmic shear in a companion paper to present full DES-Y3 constraints from the three two-point functions (3x2pt).

연구 동기 및 목표

• 어둠성 에너지 조사 연 3 데이터의 대규모 구조를 활용하여 천체물리적 제약 조건을 향상시키기 위해.
• 은하 군집과 은하-은하 렌즈 측정치를 조합하여 구조의 성장과 물질 군집의 정도를 탐구하기 위해.
• 광학적 적색편이와 렌즈 성분 측정치를 활용한 MagLim 렌즈 샘플을 통해 ΛCDM 모델의 일관성을 검증하기 위해.
• 개선된 광학적 적색편이 보정과 척도 의존성 모델링을 통해 약한 렌즈 및 군집 분석에서의 체계적 오차를 감소시키기 위해.
• 군집과 렌즈 신호의 조합을 통해 S8 = σ8(Ωm/0.3)^0.6에 대한 강력하고 데이터 기반의 제약 조건을 제공하기 위해.

제안 방법

• 분석은 DES Y3 데이터셋에서 보정된 광학적 적색편이를 가진 광학적으로 선별된 MagLim 렌즈 샘플을 사용한다.
• 은하 군집은 다수의 적색편이 밴드에서 각도 상관 함수 w(θ)를 통해 측정되며, 척도 의존성 편향과 비선형 효과를 고려한 우도 프레임워크를 사용한다.
• 은하-은하 렌즈 효과는 렌즈 은하 주변의 배경 은하로부터 측정된 탄성 성분의 프로파일 ΔΣ(r)을 통해 측정된다.
• 군집 및 렌즈 신호를 조합한 공동 우도가 구성되며, 렌즈 편향의 척도 의존성 모델링과 비선형 성장 효과를 포함한다.
• 체계적 불확실성은 노울 테스트, 광학적 적색편이 보정, 렌즈 성분 보정을 통해 모델링하고, 이를 통해 평균화한다.
• 최종 제약 조건은 천체물리적 매개변수 Ωm, σ8, w에 대해 마르코프 체인 몬테카를로 샘플러를 사용하여 유도되며, S8는 유도된 양이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DES Y3 데이터에서 은하 군집과 은하-은하 렌즈 효과를 조합하여 S8에 대한 천체물리적 제약 조건의 정밀도는 어느 정도인가?
• RQ2 MagLim 샘플의 군집 및 렌즈 측정치는 ΛCDM 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 광학적 적색편이와 렌즈 성분 보정에서 발생하는 체계적 오차는 최종 천체물리적 제약 조건에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 측정된 S8 값은 1σ 수준에서 플랑크 CMB 기반 추정치와 일치하는가?
• RQ5 DES Y3의 대규모 구조 제약 조건은 이전 DES 데이터 배포와 비교해 어떻게 다른가?

주요 결과

• 공동 분석 결과 S8 = 0.832 ± 0.027를 도출하였으며, 이는 이전 DES 결과에 비해 정밀도가 크게 향상된 것이다.
• S8 제약 조건은 플랑크 2018년 CMB 기반 추정치인 S8 = 0.834 ± 0.016와 1σ 수준에서 일치한다.
• 측정된 구조 성장률 fσ8는 1σ 수준에서 ΛCDM 예측과 양호하게 일치한다.
• 노울 테스트 결과 군집 또는 렌즈 측정치에 체계적 오차의 유의미한 증거는 없었다.
• 렌즈 편향의 척도 의존성 모델링을 포함함으로써 공동 우도의 일관성이 향상되고 매개변수의 비선형성 상관관계가 감소하였다.
• 결과는 광학적 조사 기반으로 대규모 구조 탐사가 천체물리적 매개변수를 제약하는 데 있어 강력함을 입증한다.