[논문 리뷰] Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Power Spectra

Roohi Dalal, Xiangchong Li외 36명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 179인용 수 25

한 줄 요약

본 논문은 Hyper Suprime-Cam Year 3 데이터로 약한 렌즈링 크기 왜곡(weak lensing) 코스믹 시어(power spectra)를 측정하고, S8 제약을 도출하며, 시스템폴릭 및 모델링 선택에 대한 강건성을 테스트한다.

ABSTRACT

We measure weak lensing cosmic shear power spectra from the three-year galaxy shear catalog of the Hyper Suprime-Cam (HSC) Subaru Strategic Program imaging survey. The shear catalog covers $416 \ \mathrm{deg}^2$ of the northern sky, with a mean $i$-band seeing of 0.59 arcsec and an effective galaxy number density of 15 $\mathrm{arcmin}^{-2}$ within our adopted redshift range. With an $i$-band magnitude limit of 24.5 mag, and four tomographic redshift bins spanning $0.3 \leq z_{\mathrm{ph}} \leq 1.5$ based on photometric redshifts, we obtain a high-significance measurement of the cosmic shear power spectra, with a signal-to-noise ratio of approximately 26.4 in the multipole range $300<\ell<1800$. The accuracy of our power spectrum measurement is tested against realistic mock shear catalogs, and we use these catalogs to get a reliable measurement of the covariance of the power spectrum measurements. We use a robust blinding procedure to avoid confirmation bias, and model various uncertainties and sources of bias in our analysis, including point spread function systematics, redshift distribution uncertainties, the intrinsic alignment of galaxies and the modeling of the matter power spectrum. For a flat $Λ$CDM model, we find $S_8 \equiv σ_8 (Ω_m/0.3)^{0.5} =0.776^{+0.032}_{-0.033}$, which is in excellent agreement with the constraints from the other HSC Year 3 cosmology analyses, as well as those from a number of other cosmic shear experiments. This result implies a $\sim$$2σ$-level tension with the Planck 2018 cosmology. We study the effect that various systematic errors and modeling choices could have on this value, and find that they can shift the best-fit value of $S_8$ by no more than $\sim$$0.5σ$, indicating that our result is robust to such systematics.

연구 동기 및 목표

• 약한 중력 렌즈링을 통한 정밀한 코스모로지 측정의 동기를 부여한다.
• 토모그래픽 분석을 사용하여 코스모스 시어 파워 스펙트럼을 추출하고 매개변수 간의 퇴행을 분해한다.
• 시스템오차(PSF, 적색편차 분포, 고유 정렬, 물질 파워 스펙트럼 등)를 모델링하고 완화한다.
• 실 realistic mock 카탈로그를 사용해 공분산을 보정하고 편향을 피하기 위한 블라이딩으로 검증한다.

제안 방법

• 부분적 하늘 커버리지에 대한 보정으로 Pseudo-C_ell 추정기를 사용하여 토모그래픽 구간에서 코사인 시어 E-모드를 계산한다.
• 코스모 로지 신호를 분리하고 시스템폴릭를 확인하기 위해 시어 필드를 E-모드와 B-모드로 분해한다.
• 선택 바이어스 등을 포함한 곱셈적 및 가산적 시어 바이어스를 보정하기 위해 이미지-시뮬레이션 보정을 사용한다.
• 전체 하늘 렌즈 시뮬레이션 기반 1404개의 mock 카탈로그로 공분산을 추정한다.
• 확인 편향을 방지하고 predefined 검사 후에만 열어보는 2단계 블라이딩 전략을 구현한다.
• PSF 잔차, 적색편차 분포 불확실성, 고유 정렬, 비선형 물질 파워 스펙트럼 효과 등의 시스템오차를 모델링하고 주변 파라미터를 주변화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HSC Year 3 데이터에서 0.3 ≤ z_ph ≤ 1.5 토모그래픽 구간 전반에서 측정 가능한 코스모 시어 신호 수준은 어느 정도인가?
• RQ2 HSC-Y3 코스모 시어 파워 스펙트럼으로부터 평면 ΛCDM에서 추정된 S8 매개변수는 무엇이며 Planck 및 다른 설문과 비교하면 어떠한가?
• RQ3 시스템오차 및 모델링 선택(PSF, photo-z, 고유 정렬, 헐다 모델링)에 대한 S8 제약의 강건성은 어느 정도인가?
• RQ4 교차 확인(null test, B-모드 측정)에서 코스모 로지 해석에 영향을 미치는 유의한 남아 있는 시스템오차를 나타내는가?

주요 결과

• S8 = 0.776^{+0.032}_{-0.033} for flat ΛCDM, Consistent with other HSC analyses and several cosmic shear surveys.
• 약 300 < ℓ < 1800 구간에서 신호대잡음비가 약 26.4로 높은 신호를 보였다.
• 유의미한 B-모드 검출이 없으며 측정에서 PSF 관련 시스템오차가 대체로 무시 가능함을 시사한다.
• 시스템오차 및 모델링 선택이 S8를 대략 0.5σ 이내로 이동시키며 결과의 강건성을 시사한다.
• Planck 2018 코스모로시와 HSC-Y3 S8 제약은 약 2σ 차이가 있다.