[논문 리뷰] FLAMINGO: combining kinetic SZ effect and galaxy-galaxy lensing measurements to gauge the impact of feedback on large-scale structure

Ian G. McCarthy, A. Amon외 14명|arXiv (Cornell University)|2024. 10. 25.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 5

한 줄 요약

본 논문은 FLAMINGO 우주론적 수치적 유체역학 시뮬레이션을 이용해 kSZ와 은하-은하 렌징을 BOSS 은하에 대해 공동으로 모델링하고 Planck+ACT 데이터와 비교하여 바리아이너리 피드백과 그것이 거대구조와 S8 긴장을 미치는 영향에 대해 제약한다.

ABSTRACT

Energetic feedback processes associated with accreting supermassive black holes can expel gas from massive haloes and significantly alter various measures of clustering on ~Mpc scales, potentially biasing the values of cosmological parameters inferred from analyses of large-scale structure (LSS) if not modelled accurately. Here we use the state-of-the-art FLAMINGO suite of cosmological hydrodynamical simulations to gauge the impact of feedback on large-scale structure by comparing to Planck + ACT stacking measurements of the kinetic Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) effect of SDSS BOSS galaxies. We make careful like-with-like comparisons to the observations, aided by high precision KiDS and DES galaxy-galaxy lensing measurements of the BOSS galaxies to inform the selection of the simulated galaxies. In qualitative agreement with several recent studies using dark matter only simulations corrected for baryonic effects, we find that the kSZ effect measurements prefer stronger feedback than predicted by simulations which have been calibrated to reproduce the gas fractions of low redshift X-ray-selected groups and clusters. We find that the increased feedback can help to reduce the so-called S8 tension between the observed and CMB-predicted clustering on small scales as probed by cosmic shear (although at the expense of agreement with the X-ray group measurements). However, the increased feedback is only marginally effective at reducing the reported offsets between the predicted and observed clustering as probed by the thermal SZ (tSZ) effect power spectrum and tSZ effect--weak lensing cross-spectrum, both of which are sensitive to higher halo masses than cosmic shear.

연구 동기 및 목표

• 가속 흡수 중인 초대질 블랙홀로부터의 강렬한 피드백이 가스 및 물질의 군집화를 Mpc 규모로 어떻게 변화시키는지 이해할 필요성을 제기한다.
• 최첨단 수치적 유체역학 시뮬레이션을 사용해 LSS 관측가능치에 대한 바리온 물리(특히 AGN 피드백)의 영향을 정량화한다.
• 렌징 정보를 기반한 선택으로 관측과 일치하는 은하 샘플을 맞춰 FLAMINGO 예측과 관측 간의 유사-대조 비교를 개발한다.
• 강화된 피드백이 낮은 적색편이에서의 군집 관측과 CMB 기반 우주론 간의 불일치를 해소하는지 여부를 조사하고, S8 긴장의 시사점을 포함한다.

제안 방법

• FLAMINGO 우주론적 수치적 유체역학 시뮬레이션 모음에서 하위격자 피드백과 가스 분율의 변화에 따른 변화를 사용한다.
• 전천 스카이 빛줄(라이저) 맵을 구성하고 은하–은하 렌징 및 kSZ 프로파일을 생성하기 위해 후처리한다.
• KiDS 1000 및 DES Y3 데이터를 사용하여 관측된 렌징 프로파일과 일치하도록 BOSS LOWZ/CMASS의 은하 샘플을 시뮬레이션으로 선택하여 평균 호일 질량을 고정한다.
• 관측 분석에서와 같이 속도-가중 스택킹 방법으로 kSZ 온도 프로파일을 계산하고 CAP 필터링을 적용한다.
• kSZ 및 렌징 신호를 해석할 때 위성 오염 및 속도 재구성 바이어스를 고려한다.
• 결론의 강건성을 평가하기 위해 피드백 매개변수(포함 fgas 및 Jet_fgas 변형)을 포함한 우주론 및 피드백 변 variations을 탐색한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 바리온 피드백, 특히 AGN로 인한 프로세스가 BOSS 유사 은하 주변의 kSZ 및 은하-은하 렌징 신호를 어떻게 수정하는가?
• RQ2 FLAMINGO 시뮬레이션은 kSZ 관측치를 재현하기 위해 표준 X선 보정 모델보다 더 강한 피드백이 필요한가?
• RQ3 피드백 증가가 S8 긴장을 어느 정도 완화시키는가, 그리고 이는 tSZ 및 렌징 관측치와의 트레이드오프는 무엇인가?
• RQ4 우주론과 바리온 물리학의 모순성은 kSZ 및 렌징 측정 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• kSZ 측정은 저적지의 X선 그룹 및 클러스터에 보정된 표준 FLAMINGO 실행보다 더 강한 피드백을 선호한다.
• 피드백 증가가 은하 렌즈링으로 다루는 작은 규모의 S8 긴장을 완화하는 데 도움이 될 수 있다.
• 그러나 강한 피드백은 X선 그룹 가스 분율과의 합의를 악화시키고, tSZ 파워 스펙트럼 및 tSZ–약 렌징 교차 스펙트럼에 미치는 영향은 제한적이다.
• 공동 kSZ–렌징 분석은 바리온 과정이 LSS에 흔적을 남기며 이는 X선 가스 분율 만으로 보정하는 것으로는 부분적으로만 복원될 수 있음을 보여준다.
• 렌징 정보를 이용한 은하 샘플 선별은 BOSS 유사 샘플의 평균 호일 질량을 밀도 있게 제약하며, kSZ 신호의 유사-대조 비교를 의미 있게 가능하게 한다.