[논문 리뷰] Mapping the Real Space Distributions of Galaxies in SDSS DR7: II. Measuring the growth rate, linear mass variance and biases of galaxies at redshift 0.1

Feng Shi, Xiaohu Yang외 10명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 실제 공간에서의 은하 맵핑 기법을 모의 카탈로그를 사용하여 유한한 빛의 세기로 선택된 표본에 확장하여 실제 공간 상관 함수와 은하 편향을 복원하는 정확도를 검증한다. SDSS DR7에 적용하여 $z=0.1$에서 성장률 $f\sigma_8 = 0.464^{+0.040}_{-0.040}$를 측정하였으며, WMAP9와 일치하고, 밝기 구간에 걸쳐 은하 군집과 약한 렌즈링 데이터를 조합하여 $f$, $\sigma_8$, 및 편향 간의 비결정성 문제를 해결한다.

ABSTRACT

We extend the real-space mapping method developed in Shi et at. (2016) so that it can be applied to flux-limited galaxy samples. We use an ensemble of mock catalogs to demonstrate the reliability of this extension, showing that it allows for an accurate recovery of the real-space correlation functions and galaxy biases. We also demonstrate that, using an iterative method applied to intermediate-scale clustering data, we can obtain an unbiased estimate of the growth rate of structure $f\sigma_8$, which is related to the clustering amplitude of matter, to an accuracy of $\sim 10\%$. Applying this method to the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 7 (DR7), we construct a real-space galaxy catalog spanning the redshift range $0.01 \leq z \leq 0.2$, which contains 584,473 galaxies in the north Galactic cap (NGC). Using this data, we infer $\fss$ at a median redshift $z=0.1$, which is consistent with the WMAP9 cosmology at the $1\sigma$ level. By combining this measurement with the real-space clustering of galaxies and with galaxy-galaxy weak lensing measurements for the same sets of galaxies, we are able to break the degeneracy between $f$, $\sigma_8$, and $b$. From the SDSS DR7 data alone, we obtain the following cosmological constraints at redshift $z=0.1$: $f=$$0.464^{+0.040}_{-0.040}$, $\sigma_8=0.769^{+0.121}_{-0.089}$, and $b=1.910^{+0.234}_{-0.268}$, $1.449^{+0.194}_{-0.196}$, $1.301^{+0.170}_{-0.177}$, and $1.196^{+0.159}_{-0.161}~$ for galaxies within different absolute magnitude bins $^{0.1}{ m M}_r-5\log h=[-23,0, -22.0], [-22,0, -21.0], [-21.0, -20.0]$ and $[-20.0, -19.0]$, respectively.

연구 동기 및 목표

• 관측 설문에서 흔히 볼 수 있는 유한한 빛의 세기로 선택된 표본에 대해 실제 공간 맵핑 기법을 확장함으로써, 밝기 기반 선택 효과로 인해 분석이 어려운 문제를 해결하고자 한다.
• 집단 모의 카탈로그를 사용하여 방법의 정확도가 실제 공간 상관 함수와 은하 편향을 얼마나 정확히 복원하는지 검증하고자 한다.
• 중간 스케일 군집 데이터에 반복적 방법을 적용하여 $z=0.1$에서 $f\sigma_8$ 성장률을 약 10%의 정확도로 비편향된 추정치를 얻고자 한다.
• 실제 공간 군집과 은하-은하 약한 렌즈링을 조합하여 $f$, $\sigma_8$, 및 편향 간의 비결정성 문제를 우주론적 제약 조건의 맥락에서 해결하고자 한다.
• SDSS DR7 자료를 이용하여 $z=0.1$에서 다양한 절대 밝기 구간의 은하에 대해 $f$, $\sigma_8$, 및 편향에 대한 강력한 우주론적 제약 조건을 제공하고자 한다.

제안 방법

• Shi 등(2016)의 실제 공간 맵핑 기법을 확장하여, 밝기 의존 선택 효과를 모델링 프레임워크에 통합함으로써 유한한 빛의 세기로 선택된 표본을 다룰 수 있도록 한다.
• 집단 모의 은하 카탈로그를 사용하여 방법을 시험하고 검증함으로써, 실제 공간 상관 함수와 은하 편향을 정확히 복원할 수 있음을 확인한다.
• 반복 알고리즘을 중간 스케일 군집 데이터에 적용하여 약 10%의 정확도로 비편향된 $f\sigma_8$ 추정치를 확보한다.
• 실제 공간 은하 카탈로그를 SDSS DR7에서 북천구면을 대상으로 구성하였으며, $0.01 \leq z \leq 0.2$ 범위에 해당하며, 총 584,473개의 은하를 포함한다.
• 실제 공간 군집과 은하-은하 약한 렌즈링 측정치를 조합하여 $f$, $\sigma_8$, 및 편향 간의 비결정성 문제를 해결하고 우주론적 제약 조건을 유도한다.
• 분석은 절대 밝기 구간 네 개에 속하는 은하별로 별도로 수행된다: $M_r - 5\log h \in [-23.0, -22.0], [-22.0, -21.0], [-21.0, -20.0], [-20.0, -19.0]$.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDSS와 같은 설문에서 흔히 볼 수 있는 유한한 빛의 세기로 선택된 표본에 대해 실제 공간 맵핑 기법을 신뢰성 있게 확장할 수 있는가?
• RQ2 밝기 기반 선택 효과가 존재하는 상황에서, 방법이 진정한 실제 공간 상관 함수와 은하 편향을 어느 정도 정확히 복원할 수 있는가?
• RQ3 중간 스케일 군집 데이터에 반복적 방법을 적용할 때, $z=0.1$에서 성장률 $f\sigma_8$ 측정의 정밀도는 어느 정도인가?
• RQ4 측정된 $f$, $\sigma_8$, 및 편향 값은 $z=0.1$에서 WMAP9 우주론 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 실제 공간 군집과 은하-은하 약한 렌즈링을 조합하면, SDSS DR7 자료에서 $f$, $\sigma_8$, 및 편향 간의 비결정성 문제를 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 모의 카탈로그를 통한 검증을 통해, 방법이 실제 공간 상관 함수와 은하 편향을 높은 정확도로 복원하는 데 성공하였다.
• 반복적 방법을 사용하여 중간 스케일 군집 데이터에서 $z=0.1$에서 성장률 $f\sigma_8$를 약 10%의 정밀도로 측정하였으며, 결과로 $f\sigma_8 = 0.464^{+0.040}_{-0.040}$를 도출하였다.
• 측정된 $f\sigma_8$ 값은 1$\sigma$ 신뢰 수준에서 WMAP9 우주론 모델과 일치한다.
• 절대 밝기 구간 $M_r - 5\log h \in [-23.0, -22.0]$의 은하에 대해 제약 조건은 $f = 1.449^{+0.194}_{-0.196}$, $\sigma_8 = 0.769^{+0.121}_{-0.089}$, $b = 1.910^{+0.234}_{-0.268}$이다.
• 가장 어두운 밝기 구간 $M_r - 5\log h \in [-20.0, -19.0]$에 대해 제약 조건은 $f = 1.196^{+0.159}_{-0.161}$, $\sigma_8 = 0.769^{+0.121}_{-0.089}$, $b = 1.301^{+0.170}_{-0.177}$이다.
• 실제 공간 군집과 약한 렌즈링의 조합이 성공적으로 $f$, $\sigma_8$, 및 편향 간의 비결정성 문제를 제거하였으며, 밝기 구간 전반에 걸쳐 강력한 우주론적 제약 조건을 도출할 수 있었다.