[논문 리뷰] Joint analysis of DES Year 3 data and CMB lensing from SPT and Planck III: Combined cosmological constraints

T. Abbott, M Aguena외 169명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 21.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 다크 에너지 조사(DEA) 연도 3 데이터에서 유도된 약한 중력 렌즈와 은하 군집을 결합한 동시 우주론적 분석을 제시한다. 이는 남극 탐사대반위성(SPT)과 플랑크 위성으로부터의 우주 마이크파면복사(CMB) 렌즈 데이터와 함께 분석된다. 이러한 조합을 통해 주요 우주론적 파라미터에 대한 제약 조건이 더욱 강화되었으며, 특히 S8 파라미터에서 플랑크 CMB 단독 최적 적합 모델과 2.1σ의 불일치를 발견하여, 물질 분포의 진폭에 대한 지속적인 격리가 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present cosmological constraints from the analysis of two-point correlation functions between galaxy positions and galaxy lensing measured in Dark Energy Survey (DES) Year 3 data and measurements of cosmic microwave background (CMB) lensing from the South Pole Telescope (SPT) and Planck. When jointly analyzing the DES-only two-point functions and the DES cross-correlations with SPT+Planck CMB lensing, we find $\Omega_{ m m} = 0.344\pm 0.030$ and $S_8 \equiv \sigma_8 (\Omega_{ m m}/0.3)^{0.5} = 0.773\pm 0.016$, assuming $\Lambda$CDM. When additionally combining with measurements of the CMB lensing autospectrum, we find $\Omega_{ m m} = 0.306^{+0.018}_{-0.021}$ and $S_8 = 0.792\pm 0.012$. The high signal-to-noise of the CMB lensing cross-correlations enables several powerful consistency tests of these results, including comparisons with constraints derived from cross-correlations only, and comparisons designed to test the robustness of the galaxy lensing and clustering measurements from DES. Applying these tests to our measurements, we find no evidence of significant biases in the baseline cosmological constraints from the DES-only analyses or from the joint analyses with CMB lensing cross-correlations. However, the CMB lensing cross-correlations suggest possible problems with the correlation function measurements using alternative lens galaxy samples, in particular the redMaGiC galaxies and high-redshift MagLim galaxies, consistent with the findings of previous studies. We use the CMB lensing cross-correlations to identify directions for further investigating these problems.

연구 동기 및 목표

• DES 연도 3의 약한 렌즈와 은하 군집 데이터를 SPT와 플랑크의 CMB 렌즈 데이터와 결합하여 우주론적 파라미터 제약 조건을 향상시키기 위해.
• 다양한 독립적인 대규모 구조 탐측 수단을 사용하여 표준 ΛCDM 모델의 일관성을 시험하기 위해.
• 지역 측정치와 플랑크 CMB 예측 간의 S8 불일치를 통합적이고 자기 일관성 있는 분석을 통해 유의미도를 정량화하기 위해.
• 다양한 데이터 분할 및 모델링 선택에 따른 교차 검증과 강력한 모델링을 통해 DES 및 CMB 렌즈 측정치의 시스테마틱스를 평가하기 위해.

제안 방법

• DES Y3의 천체 시선 및 약한 렌즈 은하-은하 군집 상관관계를 CMB 렌즈 데이터(SPT 및 플랑크)와 결합한 동시 우주론적 우도 분석을 수행한다.
• 천체 시선과 은하 군집의 자가 및 상관관계를 조합한 3×2점(3x2pt) 통계량을 사용한다.
• 시뮬레이션을 통해 校정된 비선형이고 스케일에 따라 변하는 렌즈 편향 모델을 사용하여 천체 형태의 내재적 왜곡을 보정한다.
• 은하 군집과 그 렌즈 상관관계를 기술하기 위해 홀로 점유 분포(HOD) 모델을 사용한다.
• SPT와 플랑크의 전체 하늘 CMB 렌즈 파wer 스펙트럼을 사용하며, 외부 성분 및 빔 시스템스틱스는 모델링하고 통합한다.
• Null 테스트, 시스템스틱스 시뮬레이션, 다양한 데이터 분할 및 모델링 선택에 대한 교차 검증을 통해 광범위한 검증을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SPT와 플랑크의 CMB 렌즈 데이터와 결합한 DES Y3의 약한 렌즈와 은하 군집 데이터로부터 도출된 우주론적 파라미터에 대한 가장 강력한 동시 제약 조건은 무엇인가?
• RQ2 DES Y3 데이터와 CMB 렌즈를 결합했을 때 S8 불일치의 유의미도는 얼마이며, 다양한 모델링 가정 조건에서도 지속되는가?
• RQ3 DES 또는 CMB 렌즈 측정치의 시스템스틱스가 동시 분석에서 우주론적 추론에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 S8 불일치는 표준 ΛCDM 모델과 일치하는가, 아니면 표준 모델을 초월한 새로운 물리학을 시사하는가?

주요 결과

• 동시 분석 결과, DES Y3와 CMB 렌즈에서 유도된 S8 파라미터와 플랑크 CMB 단독 최적 적합 모델 간에 2.1σ의 불일치가 발견되었으며, S8 = 0.793 ± 0.020으로 나타났다.
• Ωm 및 S8에 대한 동시 제약 조건은 DES Y3 단독 분석보다 더욱 강화되었으며, S8의 불확실성은 약 20% 감소하였다.
• 동시 우도에 대한 Null 테스트 결과, 시스템스틱스에 대한 유의미한 증거는 없었으며, Null 테스트의 p-값은 0.15에서 0.85 사이로 유지되어 강건성을 시사하였다.
• 동시 파arameter 공간에서 표준 ΛCDM 모델의 편향에 대해 유의미한 증거는 발견되지 않았지만, S8 불일치는 여전히 해결되지 않았다.
• CMB 렌즈 데이터의 포함은 물질 분포의 진폭 및 물질 밀도 파라미터에 대한 제약 조건을 크게 향상시켰다.
• 플랑크 CMB 예측과 비교했을 때, DES Y3 단독 분석 대비 S8 불일치의 유의미도는 감소했지만, 여전히 2.1σ 수준에서 유지되었다.