[논문 리뷰] On the "Lensing is Low" of BOSS Galaxies

Ying Zu|arXiv (Cornell University)|2020. 10. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 할로아 호스팅 분포(HOD) 모델에 할로아 질량에 의존하는 위성 은하 선택 함수를 도입하여 BOSS 은하에서 관측된 '렌징이 낮다'는 모순을 해결한다. 이로 인해 소스케일 은하-은하 렌징, 군집, 항성 질량 함수를 과도하게 예측하지 않고도 정확히 일치시킬 수 있었으며, 특히 $<1\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$ 범위의 일호성 영역에서 관측된 렌징 저하 현상이 사라졌다. 핵심 결과는 BOSS 선택 기준이 특정 질량의 할로아에서 위성 은하를 선호적으로 타겟팅한다는 점을 고려함으로써, 이로 인해 발생하는 명백한 긴장이 해소된다는 것이다.

ABSTRACT

Recently, Leauthaud et al discovered that the small-scale lensing signal of Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) galaxies is up to 40% lower than predicted by the standard models of the galaxy-halo connections that reproduced the observed galaxy stellar mass function (SMF) and clustering. We revisit such "lensing is low" discrepancy by performing a comprehensive Halo Occupation Distribution (HOD) modelling of the SMF, clustering, and lensing of BOSS LOWZ and CMASS samples at Planck cosmology. We allow the selection function of satellite galaxies to vary as a function of stellar mass as well as halo mass. For centrals we assume their selection to depend only on stellar mass, as informed by the directly measured detection fraction of the redMaPPer central galaxies. The best-fitting HOD successfully describes all three observables without over-predicting the small-scale lensing signal. This indicates that the model places BOSS galaxies into dark matter halos of the correct halo masses, thereby eliminating the discrepancy in the one-halo regime where the signal-to-noise of lensing is the highest. Despite the large uncertainties, the observed lensing amplitude above 1 Mpc/h remains inconsistent with the prediction, which is however firmly anchored by the large-scale galaxy bias measured by clustering at Planck cosmology. Therefore, we demonstrate that the "lensing is low" discrepancy on scales below 1 Mpc/h can be fully resolved by accounting for the halo mass dependence of the selection function. Lensing measurements with improved accuracy is required on large scales to distinguish between deviations from Planck and non-linear effects from galaxy-halo connections.

연구 동기 및 목표

• 표준 은하-할로아 모델이 예측하는 것보다 30–40% 낮은 관측 소스케일 렌징을 보이는 BOSS CMASS 및 LOWZ 은하에서 지속적인 '렌징이 낮다'는 모순을 해결하기 위해
• 이 모순이 은하-할로아 연결 모델에서 BOSS 분광 타겟 선택 기준의 부적절한 모델링, 특히 할로아 질량과 항성 질량에 대한 의존성 때문인지 조사하기 위해
• Planck $\Lambda$CDM 프레임워크 내에서 대규모 스케일 은하 편향(군집으로부터 유래)과 소규모 스케일 렌징 강도 사이의 긴장을 조율하기 위해
• 위성 탐지 비율이 주변 할로아 질량과 은하 항성 질량 양쪽에 따라 변할 수 있도록 허용할 때 렌징 부족 현상이 해결됨을 보여주기 위해

제안 방법

• 항성 질량($M_*$)과 주변 할로아 질량($M_h$)에 모두 의존하는 2차원 위성 선택 함수를 갖는 확장된 할로아 호스팅 분포(HOD) 모델을 적용하여 할로아 질량에 의존하는 완전성 가능성을 허용한다.
• 레드마퍼 빨간색 클러스터에서 중심 은가 탐지 비율을 직접 측정하여 중심 은가 선택 함수를 제약 조건으로 삼으며, 이는 클러스터 범위에서 할로아 질량과 무관하게 독립적임을 발견한다.
• 각 적색편이 밴드에 속한 은하들을 항성 질량 하위표본 세 개로 나누어, 대규모 스케일 군집($w_p$) 측정을 통해 위성 비율과 그 $M_*$ 및 $M_h$ 의존성을 더 잘 제약 조건화한다.
• Planck 우주론에서 LOWZ 및 CMASS 표본의 관측된 항성 질량 함수($\phi$), 투영 군집($w_p$), 은하-은하 렌징($\Delta\Sigma$)을 동시에 모델에 적합시킨다.
• BOSS의 복잡한 색상-등급 선택 절차를 모델링하여, 특히 CMASS의 고적색편이에서 특정 질량의 할로아에서 위성 은하를 선호적으로 선택한다는 점을 반영한다.
• EzGal 소프트웨어를 사용하여 은하 스펙트럼 에너지 분포를 모델링하고, 표본 간 일관된 항성 질량 추정치를 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BOSS 은하에서 관측된 '렌징이 낮다'는 모순은 은하-할로아 연결 모델에서 분광 타겟 선택 함수의 잘못된 특성화 때문인가?
• RQ2 할로아 질량에 의존하는 위성 선택 함수가 Planck $\Lambda$CDM 우주론 내에서 소규모 스케일 렌징과 대규모 스케일 군집 간의 긴장을 해결할 수 있는가?
• RQ3 BOSS 타겟 선택 기준은 어떤 방식으로 특정 질량의 할로아를 선호하는가? 이는 적색편이와 항성 질량에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 1\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$ 이상의 스케일에서 관측된 렌징 강도가 우주론적 파rameter나 비선형 은하-할로아 물리학으로 인해 예측과 일치하지 않는가?

주요 결과

• 최적의 HOD 모델은 LOWZ 및 CMASS 표본 모두에서 관측된 항성 질량 함수, 투영 군집($w_p$), 소규모 은하-은하 렌징($\Delta\Sigma$)을 과도하게 예측하지 않고도 정확히 재현한다.
• 1\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$ 이하에서의 렌징 부족 현상은 할로아 질량에 의존하는 위성 선택 함수를 도입함으로써 완전히 해결되었으며, 이는 BOSS 은하가 적절한 질량의 할로아에 배치되어 있음을 시사한다.
• LOWZ 선택은 더 높은 질량의 할로아에서 위성 은하를 선호적으로 타겟팅하는 반면, CMASS는 특히 고적색편이에서 낮은 항성 질량의 위성 은하를 더 높은 비율로 선택한다.
• 위성 탐지 비율은 항성 질량 감소에 따라 감소하며, 이 감소율은 낮은 질량의 할로아에서 더 급격하다. 이는 관측된 청색 비율이 적색편이 증가에 따라 증가하고 할로아 질량 감소에 따라 감소하는 것과 일치한다.
• 소규모 스케일에서 뛰어난 일치에도 불구하고, 대규모 스케일 렌징($>1\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$)은 여전히 예측과 일치하지 않지만, 이는 대규모 스케일 군집에 의해 엄격히 제약 조건화되어 있으며, 우주론을 변경하지 않는 한 해결될 수 없다.
• 모델은 '렌징이 낮다'는 모순이 새로운 물리학이나 우주론적 파rameter 때문이 아니라, 이전의 선택 함수 모델에서 할로아 질량 의존성이 누락되어 있었기 때문임을 시사한다.