[논문 리뷰] Improved WiggleZ Dark Energy Survey Distance Measurements to z = 1 with Reconstruction of the Baryonic Acoustic Feature

Eyal Kazin, Jun Koda외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 위글즈 다크 에너지 조사에서 복사 압축 특징의 재구성 기법을 적용하여 천체 거리 측정을 향상시켰으며, 적색이동 $z \approx$ 0.44, 0.6, 및 0.73에서 $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$의 정확도를 3.4%–4.8%로 달성하였다. 이는 최대 2.5배의 더 큰 부피를 가진 조사와 동일한 성능을 의미한다. 결과는 평탄한 ΛCDM 모델과 일치하며, $H_0 = 67.15 \pm 0.98$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$로 제약된다.

ABSTRACT

We present significant improvements in cosmic distance measurements from the WiggleZ Dark Energy Survey, achieved by applying the reconstruction of the baryonic acoustic feature technique. We show using both data and simulations that the reconstruction technique can often be effective despite patchiness of the survey, significant edge effects and shot-noise. We investigate three redshift bins in the redshift range 0.2<$z$<1, and in all three find improvement after reconstruction in the detection of the baryonic acoustic feature and its usage as a standard ruler. We measure model independent distance measures $D_{\mathrm V}(r_{\mathrm s}^\mathrm{fid}/r_{\mathrm s})$ of 1716 $\pm$ 83 Mpc, 2221 $\pm$ 101 Mpc, 2516 $\pm$ 86 Mpc (68% CL) at effective redshifts z = 0.44, 0.6, 0.73, respectively, where $D_{\mathrm V}$ is the volume-average-distance, and $r_{\mathrm s}$ is the sound horizon at the end of the baryon drag epoch. These significantly improved 4.8, 4.5 and 3.4 percent accuracy measurements are equivalent to those expected from surveys with up to 2.5 times the volume of WiggleZ. These measurements are fully consistent with cosmologies allowed by the analyses of the Planck Collaboration and the Sloan Digital Sky Survey.We provide the $D_{\mathrm V}(r_{\mathrm s}^\mathrm{fid}/r_{\mathrm s})$ posterior probability distributions and their covariances. When combining these measurements with temperature fluctuations measurements of Planck, the polarization of WMAP9, and the 6dF Galaxy Survey baryonic acoustic feature, we do not detect deviations from a flat LCDM model. Assuming this model we constrain the current expansion rate to $H_0$ = 67.15 $\pm$ 0.98 kms$^{-1}$Mpc$^{-1}$. Allowing the equation of state of dark energy to vary we obtain $w_\mathrm{DE}$ = -1.080 $\pm$ 0.135. When assuming a curved LCDM model we obtain a curvature value of $\Omega_{\mathrm K}$ = -0.0043 $\pm$ 0.0047.

연구 동기 및 목표

• 위글즈 다크 에너지 조사의 천체 거리 측정을 복사 압축 특징 재구성 기법을 통해 향상시키기.
• 패치니스, 가장자리 효과, 셸터 노이즈 등이 존재하는 상황에서 재구성 기법의 효과성을 평가하기.
• 적색이동 $z \approx$ 0.44, 0.6, 및 0.73에서 부피 평균 거리 $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$에 대한 정밀하고 모델에 종속되지 않는 측정을 제공하기.
• 평탄한 ΛCDM 모델과의 일관성을 시험하고 $H_0$, $w_{\mathrm{DE}}$, $\Omega_{\mathrm{K}}$와 같은 우주론적 파라미터를 제약하기.

제안 방법

• 복사 압축 특징 재구성 기법을 위글즈 은하 군집 데이터에 적용하여 광역 평탄화를 감소시키고 음향 피크 탐지 정밀도를 향상시키기.
• 패치니스 및 가장자리 효과를 포함한 현실적인 조사 조건에서 재구성 기법의 효과성을 검증하기 위해 시뮬레이션을 사용하기.
• 세 개의 적색이동 영역($z = 0.44$, $0.6$, 및 $0.73$)에서 모델에 종속되지 않는 거리 지표로 $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$ 측정하기.
• 우주론적 파라미터를 제약하기 위해 위글즈 측정치를 플랑크 CMB 온도 변동, WMAP9 극화도, 6dF 은하 조사 데이터와 조합하기.
• 정확한 파라미터 추정을 가능하게 하기 위해 $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$의 사후 확률 분포 및 공분산 유도하기.
• 우도 분석을 통해 평탄한 ΛCDM, 변하는 $w_{\mathrm{DE}}$, 곡률이 있는 LCDM 등의 우주론적 모델 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 위글즈와 같은 패치니스이고 노이즈가 많은 조사에서 복사 압축 특징 재구성 기법이 거리 측정을 크게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 재구성 기법이 거리 측정에서 가장자리 효과와 셸터 노이즈 제한에 얼마나 효과적으로 대처하는가?
• RQ3 적색이동 $z \approx$ 0.44, 0.6, 및 0.73에서 측정된 $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$ 측정의 정밀도는 어느 정도인가?
• RQ4 향상된 측정치는 평탄한 ΛCDM 모델에서의 이탈을 감지하거나 $H_0$ 및 $w_{\mathrm{DE}}$를 더 엄격하게 제약하는가?
• RQ5 비평탄한 기하학을 允許할 경우 곡률 $\Omega_{\mathrm{K}}$에 대한 제약은 무엇인가?

주요 결과

• 패치니스, 가장자리 효과, 셸터 노이즈가 존재하는 상황에서도 재구성 기법이 위글즈 조사에서 복사 압축 특징 탐지에 상당한 향상을 이룬다.
• 측정된 $D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}})$ 값은 $z = 0.44$에서 1716 ± 83 Mpc, $z = 0.6$에서 2221 ± 101 Mpc, $z = 0.73$에서 2516 ± 86 Mpc이며, 정확도는 3.4%–4.8%이다.
• 이 정밀도 수준은 위글즈의 부피의 최대 2.5배가 되는 조사에서 기대되는 성능과 동일하다.
• 측정치는 플랑크 및 스ローン 디지털 스카이 서베이 분석에서 지지하는 평탄한 ΛCDM 모델과 완전히 일치한다.
• 플랑크 및 WMAP9 데이터와 조합하면 평탄한 ΛCDM 가정 하에 $H_0 = 67.15 \pm 0.98$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$로 도출된다.
• 변하는 $w_{\mathrm{DE}}$를 允許할 경우 $w_{\mathrm{DE}} = -1.080 \pm 0.135$이며, 곡률이 있는 LCDM 모델을 가정할 경우 $\Omega_{\mathrm{K}} = -0.0043 \pm 0.0047$로 도출된다.