[논문 리뷰] Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Two-point Correlation Functions

Xiangchong Li, Tianqing Zhang외 33명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 23

한 줄 요약

HSC-Y3 코스믹 쉐어 2점 함수에 대한 블라인드 우주론 분석은 평면 LCDM에서 Omega_m 및 S8에 대한 제약을 제시한다; 결과는 다른 HSC 분석과 대체로 일치하지만 Planck-2018 CMB와 약 2σ의 불일치를 보인다.

ABSTRACT

We perform a blinded cosmology analysis with cosmic shear two-point correlation functions (2PCFs) measured from more than 25 million galaxies in the Hyper Suprime-Cam three-year shear catalog in four tomographic redshift bins ranging from 0.3 to 1.5. After conservative masking and galaxy selection, the survey covers 416 deg$^2$ of the northern sky with an effective galaxy number density of 15 arcmin$^{-2}$ over the four redshift bins. The 2PCFs adopted for cosmology analysis are measured in the angular range: $7.1 < θ/{ m arcmin} < 56.6$ for $ξ_+$ and $31.2 <θ/{ m arcmin} < 248$ for $ξ_-$, with a total signal-to-noise ratio of 26.6. We apply a conservative, wide, flat prior on the photometric redshift errors on the last two tomographic bins, and the relative magnitudes of the cosmic shear amplitude across four redshift bins allow us to calibrate the photometric redshift errors. With this flat prior on redshift errors, we find $Ω_{ m m}=0.256_{-0.044}^{+0.056}$ and $S_8\equiv σ_8 \sqrt{Ω_{ m m}/0.3}=0.769_{-0.034}^{+0.031}$ (both 68\% CI) for a flat $Λ$ cold dark matter cosmology. We find, after unblinding, that our constraint on $S_8$ is consistent with the Fourier space cosmic shear and the 3$ imes$2pt analyses on the same HSC dataset. We carefully study the potential systematics from astrophysical and systematic model uncertainties in our fiducial analysis using synthetic data, and report no biases (including projection bias in the posterior space) greater than $0.5σ$ in the estimation of $S_8$. Our analysis hints that the mean redshifts of the two highest tomographic bins are higher than initially estimated. In addition, a number of consistency tests are conducted to assess the robustness of our analysis. Comparing our result with Planck-2018 cosmic microwave background observations, we find a ~$2σ$ tension for the $Λ$CDM model.

연구 동기 및 목표

• 물질 밀도와 군집 진폭의 탐구 도구로서 약한 중력 렌즈 효과를 이용한 정밀 우주론을 고무한다.
• 크고 심층적인 사진 관측으로부터 코스믹 쉐어 이점윗점 상관함수(2점 상관 함수)를 측정하고 광시광적 적색편향(photo-z) 불확실성을 보정한다.
• 종합적인 체계적 및 모델링 불확실성 집합에 걸쳐 주변화하여 신뢰할 수 있는 우주론적 제약을 얻는다.
• 외부 탐침(Planck, DES, KiDS)과 결과를 비교하고 일관성 및 잠재적 긴장 여부를 평가한다.

제안 방법

• HSC-Y3 카탈로그에서 네 가지 토모그래픽 적색편차 구간에 대해 실공간 코스믹 쉐어 2점 상관함수 _+ 및 _-를 측정한다.
• 23개의 우주론적, 천체물리학적 및 nuisance 매개변수를 포함하는 순방향 모델로 2PCFs를 모델링한다.
• PSF, 쉐어 보정, photo-z, 비선형 파워 스펙트럼, 바리아닉 물리학 체계오차를 주변화하면서 우주론 매개변수를 제약하기 위해 블라인드 중첩 베이지안 분석을 수행한다.
• 매개변수 추론에서 CAMIRA-LRG 교차상관 및 자기 보정 기법을 사용하여 광도적 적색편향 분포를 보정한다.
• 합성 데이터 벡터와 여러 체계-모델 변형을 사용한 강건성 평가를 수행하고 S8에서 02.5σ의 편향을 보고한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평면 ΛCDM 모형에서 HSC-Y3의 코스믹 쉐어 2PCFs로부터 얻은 우주론 제약은 무엇인가?
• RQ2 체계적 불확실성(PSF 모델링, 쉐어 보정, photo-z, 비선형 파워 스펙트럼, 바리아닉 물리) 이들이 S8 및 Ωm 제약에 어떻게 전달되는가?
• RQ3 채택된 사전분포와 모델 하에서 HSC-Y3 코스믹 쉐어 결과가 Planck-2018 CMB 측정 및 다른 렌즈 연구(DES, KiDS)와 일관되는가?

주요 결과

• Ωm = 0.256_{-0.044}^{+0.056} 평평한 ΛCDM 모형에서.
• S8 = 0.769_{-0.034}^{+0.031} (S8 d arg) 로 정의될 때 σ8√(Ωm/0.3).
• 제약은 같은 HSC 데이터셋에서 블라인드를 해제한 후 푸리에 공간 코스믹 쉐어 및 3×2pt 분석과 일치한다.
• 후승공간의 투영 편향을 포함하여 S8 추정에서 0.5σ를 초과하는 편향은 체계오차 테스트에서 발견되지 않았다.
• 두 개의 최고 토모그래픽 구간에서 평균 적색편차가 초기 추정치보다 높을 수 있으며, 여러 내부 일관성 점검이 수행되었다.