[논문 리뷰] Intrinsic/Extrinsic Density-Ellipticity Correlations and Galaxy-Galaxy Lensing

Lam Hui, Jun Zhang|arXiv (Cornell University)|2002. 05. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 은하 설문조사에서 밀도-타원도 상관관계를 분석하여 내재적 정렬(내재적 효과)과 중력 렌즈 효과(외재적 효과)를 구별한다. 분석 모델과 시뮬레이션을 통해 내재적 정렬 기여가 교차상관관계에 거의 기여하지 않음을 보여주며, 이는 렌즈 신호를 분리하는 강력한 진단 수단이 된다. 다만, 대규모 스케일에서 힘의 분포의 비정규성은 선형적으로 스펙트럼의 크기와 비례하는 작은 내재적 기여를 유도한다.

ABSTRACT

We compute both extrinsic (lensing) and intrinsic contributions to the (galaxy-)density-ellipticity correlation function, the latter done using current analytic theories of tidal alignment. The gravitational lensing contribution has two components: one is analogous to galaxy-galaxy lensing and the other arises from magnification bias -- that gravitational lensing induces a modulation of the galaxy density as well as ellipticity. On the other hand, the intrinsic alignment contribution vanishes, even after taking into account source clustering corrections, which suggests the density-ellipticity correlation might be an interesting diagnostic in differentiating between intrinsic and extrinsic alignments. {\it However}, an important assumption, commonly adopted by current analytic alignment theories, is the Gaussianity of the tidal field. Inevitable non-Gaussian fluctuations from gravitational instability induces a non-zero intrinsic density-ellipticity correlation, which we estimate. We also argue that non-Gaussian contributions to the intrinsic {\it ellipticity-ellipticity} correlation are often non-negligible. This leads to a linear rather than, as is commonly assumed, quadratic scaling with the power spectrum on sufficiently large scales. Finally, we estimate the contribution of intrinsic alignment to low redshift galaxy-galaxy lensing measurements (e.g. SDSS), due to the partial overlap between foreground and background galaxies: the intrinsic contamination is about 10 - 30 % at 10'. Uncertainties in this estimate are discussed.

연구 동기 및 목표

• 밀도-타원도 상관관계에 기여하는 내재적( tidal alignment) 및 외재적(중력 렌즈) 기여를 구분하는 것.
• 밀도-타원도 교차상관관계가 약한 렌즈 신호를 내재적 정렬 오염으로부터 분리하는 데 깨끗한 진단 도구로 기능할 수 있는지 평가하는 것.
• 대규모 구조의 비정규성에 의한 태양계의 힘장이 내재적 정렬 기여에 미치는 영향을 정량화하는 것.
• SDSS와 같은 저 redshift 은하-은하 렌즈 측정에서 내재적 정렬 오염 수준을 추정하는 것.
• 관측 적용을 위한 실공간 및 푸리에 공간에서의 밀도-타원도 상관관계 추정기 개발.

제안 방법

• 표준 은하-은하 렌즈와 군집화 보정 효과를 포함한 두 성분을 사용하여 외재적(렌즈) 기여를 계산한다.
• 현재의 태양계 정렬 이론을 적용하여, 비틀림장이 정규분포를 따른다고 가정할 때 내재적 기여를 계산한다.
• 내재적 정렬 모델에 소스 군집화 보정을 통합하여, 비영일 내재적 교차상관관계가 복구되지 않음을 보여준다.
• 고차 통계를 이용해 내재적 정렬의 비정규성 보정을 추정하며, 대규모 스케일에서 스펙트럼의 선형 비례 관계를 발견한다.
• 은하 쌍과 픽셀화된 설문을 이용한 실공간 추정기 개발 및 무작위 점 제거를 통한 정규화 방법을 제시한다.
• 푸리에 공간 추정기 유도; 내재적 기여가 사라질 경우 외재적 기여만을 분리함을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 정규분포 태양계 힘장 가정 하에 내재적 정렬이 비영일 밀도-타원도 상관관계를 유도하는가?
• RQ2 대규모 구조의 비정규성 변동은 밀도-타원도 상관관계에 대한 내재적 기여에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 SDSS와 같은 저 redshift 은하-은하 렌즈 측정에서 내재적 정렬 오염의 크기는 얼마인가?
• RQ4 밀도-타원도 교차상관관계는 내재적 정렬 편향 없이 약한 중력 렌즈를 탐지하는 깨끗한 프로브로 사용될 수 있는가?
• RQ5 특히 대규모 스케일 근처에서 비정규성이 포함될 경우 내재적 타원도 상관관계의 스케일 법칙은 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 표준 정규분포 태양계 힘장 가정 하에 내재적 밀도-타원도 상관관계는 소스 군집화 보정을 포함해도 여전히 0이 된다.
• 중력 불안정성에 기인한 비정규성 변동은 대규모 스케일에서 스펙트럼의 선형 비례 관계를 가지며, 작은 비영일 내재적 밀도-타원도 상관관계를 유도한다.
• 내재적 타원도-타원도 상관관계의 비정규성 기여는 무시할 수 없으며, 일반적으로 스펙트럼의 제곱 비례 가정을 무너뜨린다.
• 저 redshift 은하-은하 렌즈 측정에서 내재적 정렬 오염은 약 10–30% 수준이며, 각도 분리 10 분의 범위에서 발생한다.
• 제안된 실공간 및 푸리에 공간 추정기는 내재적 기여가 무시 가능할 경우 외재적 렌즈 신호를 효과적으로 분리한다.
• 푸리에 공간 추정기 $\hat{P}_{\rm cross}(\ell)$ 는 외재적 신호를 편향 없이 추정하며, 기대값은 렌즈 및 군집화 보정 항의 합으로 주어진다.