[논문 리뷰] Large-scale 3D galaxy correlation function

Alvise Raccanelli, Daniele Bertacca외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 27.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 평탄한 천구 근사 이외의 광역, 상대론적 3차원 은하 상관 함수를 제시하며, 넓은 각도, 적색편이 공간의 왜곡, 도플러 이동, 사크스-울프 항목을 포함한 모든 기하학적 및 국소 상대론적 효과를 수반한다. 이는 평탄한 천구 근사 이외의 비제로 일차모멘트와 8차모멘트를 드러낸다. 이는 초기 우주의 비정규성과 일반 상대성 이론 보정이 크기의 수준에서 유사하다는 것을 보여주며, 정확한 모델링을 위해 상대론적 프레임워크가 필요하다는 것을 시사한다. 또한 수정 중력 모델이 다중극에서의 비정규 신호에 영향을 준다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We investigate the properties of the 2-point galaxy correlation function at very large scales, including all geometric and local relativistic effects -- wide-angle effects, redshift space distortions, Doppler terms and Sachs-Wolfe type terms in the gravitational potentials. The general three-dimensional correlation function has a nonzero dipole and octupole, in addition to the even multipoles of the flat-sky limit. We study how corrections due to primordial non-Gaussianity and General Relativity affect the multipolar expansion, and we show that they are of similar magnitude (when f_NL is small), so that a relativistic approach is needed. Furthermore, we look at how large-scale corrections depend on the model for the growth rate in the context of modified gravity, and we discuss how a modified growth can affect the non-Gaussian signal in the multipoles.

연구 동기 및 목표

• 매우 넓은 척도에서 모든 상대론적 및 기하학적 보정을 포함한 3차원 은하 상관 함수를 모델링하기.
• 초기 비정규성과 일반 상대성 이론이 상관 함수의 다중극적 구조에 미치는 영향을 평가하기.
• 수정 중력 이론가에서 성장률이 다중극에서의 비정규 신호에 미치는 영향을 검토하기.
• 상대론적 보정이 대규모 구조 분석에서 포함되어야 할 정도로 충분히 중요한가를 판단하기.

제안 방법

• 모든 넓은 각도 및 국소 상대론적 효과를 포함한 상대론적 프레임워크를 사용하여 구성 공간에서 3차원 은하 상관 함수를 유도한다.
• 평탄한 천구 근사 이외의 홀수 다중극(일차모멘트, 8차모멘트)을 포함한 상관 함수의 다중극 전개를 수행한다.
• f_NL 매개변수를 통한 초기 비정규성 보정과 사크스-울프 효과, 도플러 효과와 같은 일반 상대성 이론 항목을 통합한다.
• 수정 중력 이론에서의 성장률 모델을 사용하여 다중극에 미치는 영향을 연구한다.
• 비정규성 보정과 상대론적 보정의 상대적 크기를 비교하여 관측 신호에서의 상호작용을 평가한다.
• 수정 중력 시나리오에서 성장률 진화에 따른 대규모 보정의 의존성을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 넓은 각도 및 상대론적 효과는 평탄한 천구 근사 이외의 3차원 은하 상관 함수에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 상관 함수의 다중극에서 초기 비정규성과 일반 상대성 이론의 보정 크기는 어느 정도인가?
• RQ3 수정 중력 모델은 성장률과 상관 함수 다중극에서의 비정규 신호에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 다중극에서의 일차모멘트와 8차모멘트는 수정 중력에서의 성장률 모델 선택에 얼마나 민감한가?

주요 결과

• 상대론적 및 기하학적 효과로 인해 3차원 은하 상관 함수는 평탄한 천구 근사에서의 짝수 다중극에 그치지 않고 비제로의 일차모멘트와 8차모멘트를 나타낸다.
• f_NL가 작을 경우 비정규성 보정과 일반 상대성 이론 보정의 크기가 유사하므로, 정확한 모델링을 위해 상대론적 처리가 필수적임을 시사한다.
• 넓은 각도 및 도플러 항목을 포함함으로써 대규모 척도에서 상관 함수의 다중극적 구조에 상당한 이질성이 발생한다.
• 성장률을 변화시키는 수정 중력 모델은 다중극에서의 비정규 신호의 진폭과 스케일 의존성에 상당한 영향을 미친다.
• 일차모멘트와 8차모멘트 성분은 성장률 진화에 민감하므로, 대규모 구조에서의 수정 중력 탐지 수단이 된다.
• 결과적으로 상대론적 효과를 간과할 경우, 우주론적 설문 조사에서 f_NL 및 성장률 매개변수의 추정치에 편향이 발생할 수 있다.