[논문 리뷰] Euclid preparation - LXIX. The impact of relativistic redshift-space distortions on two-point clustering statistics from the Euclid wide spectroscopic survey

Euclid Collaboration, Elkhashab, Mohamed Y.외 253명|arXiv (Cornell University)|2024. 01. 01.

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 LIGER 방법을 사용해 상대론적 효과를 선형 순위에서 모델링한 140개의 가짜 은하 목록을 활용하여 유클리드 넓은 스펙트로스코픽 조사(EWSS)에서 상대론적 적색편이 공간 왜곡(RSD)을 조사한다. 약 2.5–6의 신호 대 잡음비를 보이며, 약한 중력 렌즈 효과의 확대 및 수렴이 이중 클러스터링 통계에 감지 가능한 인상을 남긴다. 만약 렌즈 효과를 간과한다면 상대론적 RSD 모델은 2.9σ의 유의수준에서 기각된다.

ABSTRACT

Measurements of galaxy clustering are affected by RSD. Peculiar velocities, gravitational lensing, and other light-cone projection effects modify the observed redshifts, fluxes, and sky positions of distant light sources. We determine which of these effects leave a detectable imprint on several 2-point clustering statistics extracted from the EWSS on large scales. We generate 140 mock galaxy catalogues with the survey geometry and selection function of the EWSS and make use of the LIGER method to account for a variable number of relativistic RSD to linear order in the cosmological perturbations. We estimate different 2-point clustering statistics from the mocks and use the likelihood-ratio test to calculate the statistical significance with which the EWSS could reject the null hypothesis that certain relativistic projection effects can be neglected in the theoretical models. We find that the combined effects of lensing magnification and convergence imprint characteristic signatures on several clustering observables. Their S/N ranges between 2.5 and 6 (depending on the adopted summary statistic) for the highest-redshift galaxies in the EWSS. The corresponding feature due to the peculiar velocity of the Sun is measured with a S/N of order one or two. The $P_{\ell}(k)$ from the catalogues that include all relativistic effects reject the null hypothesis that RSD are only generated by the variation of the peculiar velocity along the line of sight with a significance of 2.9 standard deviations. As a byproduct of our study, we demonstrate that the mixing-matrix formalism to model finite-volume effects in the $P_{\ell}(k)$ can be robustly applied to surveys made of several disconnected patches. Our results indicate that relativistic RSD, the contribution from weak gravitational lensing in particular, cannot be disregarded when modelling 2-point clustering statistics extracted from the EWSS.

연구 동기 및 목표

• 유클리드 넓은 스펙트로스코픽 조사에서 이중 클러스터링 통계에 상대론적 적색편이 공간 왜곡(RSD)이 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 렌즈 효과에 의한 확대 및 수렴이 대규모 클러스터링 관측치에 감지 가능한 인상을 남기는지 확인하기 위해.
• 특히 약한 중력 렌즈 효과를 포함한 상대론적 효과들이 파wer 스펙트럼 다중극자 및 상관 함수에 미치는 통계적 유의수준을 평가하기 위해.
• 이격된 조사 패치를 포함한 설문조사에서 유한 체적 효과를 모델링하기 위한 혼합 행렬 형식의 탄력성 검증을 위해.
• 상대론적 효과를 간과한 표준 이론적 모델이 EWSS 데이터로 기각될 수 있는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 우주론적 편미분의 선형 순위에서 상대론적 RSD 효과를 포함한 140개의 가짜 은하 목록을 LIGER 방법을 사용해 EWSS 기하학 및 선택 함수에 맞추어 생성하였다.
• 가짜 데이터에서 유도된 클러스터링 통계에서 상대론적 효과를 감지하는 데 있어 통계적 유의수준을 평가하기 위해 우도 비율 검정을 사용하였다.
• 이중 클러스터링 통계를 계산: 상관 함수 및 파워 스펙트럼 다중극자; 상대론적 기여가 있는 모델과 없는 모델을 비교하였다.
• 설문조사 창문 함수를 보정하기 위해 혼합 행렬 형식을 적용하여 이론적 모델과 가짜 데이터 간의 비교를 가능하게 하였다.
• 단순한 이론적 모델(선형 물질 파워 스펙트럼과 카이저의 RSD 모델 조합)과 가짜 기반 예측을 대조하였다.
• 이론적 예측와 평균 가짜 결과 간의 비교를 통해 가짜의 정확성과 혼합 행렬 접근법의 탄력성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EWSS의 이중 클러스터링 통계에서 렌즈 확대 및 수렴을 감지할 수 있는가?
• RQ2 파워 스펙트럼 다중극자에서 표준 특성 속도 효과를 초월한 상대론적 RSD를 감지하는 데 있어 통계적 유의수준은 무엇인가?
• RQ3 유한 체적 효과 및 설문조사 기하학(이격된 패치)이 클러스터링 통계 모델링에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 표준 카이저 모델은 충분한가, 아니면 우주론적 파rameter 추정에서 편향을 피하기 위해 상대론적 보정을 포함해야 하는가?
• RQ5 다중 이격된 설문조사 영역으로 구성된 설문조사에 대해 혼합 행렬 형식을 신뢰성 있게 적용할 수 있는가?

주요 결과

• 렌즈 확대 및 수렴은 클러스터링 관측치에 감지 가능한 인상을 남기며, EWSS에서 최고 적색편이를 가진 은하의 경우 신호 대 잡음비는 2.5에서 6 사이이다.
• 태양의 특성 속도는 대규모 스케일에서 약 1~2의 신호 대 잡음비로 특징을 남기며, 현재 설문조사 정밀도로는 감지하기 어려운 편이다.
• 모든 상대론적 효과를 포함한 가짜 데이터에서 유도된 파워 스펙트럼 다중극자는 RSD가 선형 방향 특성 속도 변화에 의해만 기인한다는 근본 가설을 2.9 표준 편차에서 기각한다.
• 모든 상대론적 RSD를 포함한 O 가짜 데이터에서, 적색편이 영역 1.5 < z < 1.8에서 창문 보정된 카이저 모델은 2.9σ의 유의수준에서 기각되며, 이는 렌즈 효과를 간과할 수 없음을 시사한다.
• 혼합 행렬 형식은 이격된 패치로 이루어진 설문조사에 대해 탄력적으로 적용 가능하며, 보정된 이론적 모델과 평균 가짜 결과 간의 밀접한 일치로 이를 입증하였다.
• 이론적 모델에서 렌즈 확대를 간과할 경우, ΛCDM 파rameter 제약에 대해 0.4–0.7 표준 편차의 체계적 편향이 발생하며, 모델에 의존하지 않는 성장률 추정치에서는 더욱 큰 편향이 발생한다.