[논문 리뷰] Measuring redshift-space distortions with future SKA surveys

Alvise Raccanelli, Philip Bull외 9명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 15.

Radio Astronomy Observations and Technology참고 문헌 23인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 향후 스키크레스터 마이크로파운드(스카) 설문 조사가 적색편이 공간 왜곡(RSD)을 측정하여 우주의 구조 성장률을 제약하는 데 어떻게 기여할 수 있는지 예측한다. 은하 적색편이 설문 조사와 밀도 매핑(IM)을 모두 사용하여, SKA1의 IM는 현재의 옵티컬 설문 조사와 유럽우주국(Euclid)에 비견되는 제약을 달성할 수 있으며, SKA2는 저적색편이 영역에서 더 뛰어난 감도를 보여, z ~ 1.5까지 유럽우주국을 능가한다.

ABSTRACT

The peculiar motion of galaxies can be a particularly sensitive probe of gravitational collapse. As such, it can be used to measure the dynamics of dark matter and dark energy as well the nature of the gravitational laws at play on cosmological scales. Peculiar motions manifest themselves as an overall anisotropy in the measured clustering signal as a function of the angle to the line-of-sight, known as redshift-space distortion (RSD). Limiting factors in this measurement include our ability to model non-linear galaxy motions on small scales and the complexities of galaxy bias. The anisotropy in the measured clustering pattern in redshift-space is also driven by the unknown distance factors at the redshift in question, the Alcock-Paczynski distortion. This weakens growth rate measurements, but permits an extra geometric probe of the Hubble expansion rate. In this chapter we will briefly describe the scientific background to the RSD technique, and forecast the potential of the SKA phase 1 and the SKA2 to measure the growth rate using both galaxy catalogues and intensity mapping, assessing their competitiveness with current and future optical galaxy surveys.

연구 동기 및 목표

• 향후 스키크레스터 마이크로파운드(SKA) 설문 조사가 적색편이 공간 왜곡(RSD)을 통해 우주의 구조 성장률을 측정할 잠재력을 평가하기 위해.
• 현재 및 향후 옵티컬 설문 조사(예: 유럽우주국)와의 경쟁력을 평가하여, SKA1 및 SKA2 설문 조사가 우주론적 파라미터를 제약하는 데 얼마나 효과적인지 평가하기 위해.
• 은하 적색편이 설문 조사와 밀도 매핑이라는 서로 다른 설문 모드가 RSD 측정 감도에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 구조 성장의 매개변수화된 모델과 매개변수화되지 않은 모델 모두에서 성장률 매개변수 γ와 fσ8 곱에 대한 제약 조건을 검토하기 위해.
• SKA1 은하 설문 조사의 한계와 SKA2 및 밀도 매핑이 고정밀 우주론에 어떻게 유리한지를 규명하기 위해.

제안 방법

• 연구는 스키크레스터 마이크로파운드(SKA1 및 SKA2) 설문 조사의 우주론적 제약 조건을 예측하기 위해 피셔 행렬 예측을 사용한다.
• 표준 형식을 사용하여 적색편이 공간 왜곡을 모델링하며, 성장률 f와 카이저 효과를 포함하고, 은하 군집화 및 밀도 매핑 기법을 모두 적용한다.
• 알코프-파치니 효과를 기하학적 보정으로 포함하여 RSD 측정에 영향을 주고, 허블 팽창률에 대한 추가 제약 조건을 제공한다.
• 두 가지 우주론적 모델 프레임워크를 고려한다: (1) γ를 자유 매개변수로 하는 매개변수화된 성장 모델, (2) fσ8와 bσ8를 공동 관측 가능 변수로 하는 매개변수화되지 않은 성장 모델.
• σ8 및 편향 매개변수의 정확도를 향상시키기 위해 플랑크 및 BOSS의 사전 정보를 포함한다.
• 설문 조사의 깊이, 적색편이 구간, 설문 조사 부피를 고려하여, 스키크레스터 마이크로파운드 결과를 유럽우주국 및 기타 옵티컬 설문 조사 결과와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SKA1 및 SKA2 설문 조사는 적색편이 공간 왜곡을 통해 대규모 구조 성장률을 얼마나 잘 제약할 수 있는가?
• RQ2 SKA1 및 SKA2에서 은하 적색편이 설문 조사와 밀도 매핑 간의 상대적 성능은 RSD 측정에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 SKA 설문 조사는 향후 옵티컬 설문 조사(예: 유럽우주국)의 기대 우주론적 제약 조건에 비해 어느 정도 수준에 도달하거나 초월하는가?
• RQ4 비선형 효과 및 은하 편향 등의 시스템적 오차는 RSD 측정의 예측 정밀도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 SKA1의 밀도 매핑은 저적색편이에서 옵티컬 설문 조사에 비해 fσ8 및 γ에 대해 경쟁 가능한 제약 조건을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• SKA1 은하 적색편이 설문 조사는 성장률 매개변수 γ를 제약하는 데 현재의 또는 향후 옵티컬 설문 조사와 경쟁할 수 없다.
• SKA1 밀도 매핑(IM)은 중간 적색편이에서 현재의 옵티컬 설문 조사와 유사한 γ 제약 조건을 제공하며, 향후 유럽우주국 미션의 기대 수준과도 유사하다.
• SKA2 은하 설문 조사는 저적색편이 영역에서 성장률에 대해 가장 날카로운 제약 조건을 제공할 것으로 예측되며, 이 영역에서 유럽우주국을 능가한다.
• fσ8 곱에 대해서는, SKA2가 z ~ 1.5까지 유럽우주국과 유사한 제약 조건을 달성하며, 특히 저적색편이 영역에서 유리하다.
• SKA1의 밀도 매핑 모드는 비선형 효과가 덜 영향을 미치는 저적색편이에서 은하 적색편이 설문 조사의 실질적인 대안이 될 수 있다.
• 연구는 비선형 효과 및 초대규모 시스템적 오차가 완전히 모델링되지 않았지만, 예측 결과는 스키크레스터 마이크로파운드가 구조 성장에 대한 우주론적 제약 조건에서 선도적 위치를 차지할 잠재력이 높다는 점을 강조한다.