[논문 리뷰] Peeking into the next decade in Large-Scale Structure Cosmology with its Effective Field Theory

Diogo Bragança, Yaniv Donath외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 07. 11.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 EFTofLSS를 사용하여 DESI와 MegaMapper가 우주학 매개변수 제약을 어떻게 개선할 수 있는지 예측하고, 루프 항과 EFT 매개변수를 관리하기 위한 섭동성 우선(prior)을 도입한다.

ABSTRACT

After the successful full-shape analyses of BOSS data using the Effective Field Theory of Large-Scale Structure, we investigate what upcoming galaxy surveys might achieve. We introduce a ``perturbativity prior" that ensures that loop terms are as large as theoretically expected, which is effective in the case of a large number of EFT parameters. After validating our technique by comparison with already-performed analyses of BOSS data, we provide Fisher forecasts using the one-loop prediction for power spectrum and bispectrum for two benchmark surveys: DESI and MegaMapper. We find overall great improvements on the cosmological parameters. In particular, we find that MegaMapper (DESI) should obtain at least a 12$σ$ ($2σ$) evidence for non-vanishing neutrino masses, bound the curvature $Ω_k$ to 0.0012 (0.012), and primordial inflationary non-Gaussianities as follows: $f_{ ext{NL}}^{ ext{loc.}}$ to $\pm 0.26$ (3.3), $f_{ ext{NL}}^{ ext{eq.}}$ to $\pm16$ (92), $f_{ ext{NL}}^{ ext{orth.}}$ to $\pm 4.2$ (27). Such measurements would provide much insight on the theory of Inflation. We investigate the limiting factor of shot noise and ignorance of the EFT parameters.

연구 동기 및 목표

• 다가오는 은하 스카이라인 조사들이 EFTofLSS 전체 형태(full-shape) 분석으로 무엇을 달성할 수 있는지 평가한다.
• 많은 EFT 매개변수로 인해 예측을 안정화하기 위해 섭동성 우선(prior)을 도입하고 검증한다.
• 일루프 파워 스펙트럼과 바이스펙트럼을 이용한 DESI와 MegaMapper에 대한 Fisher 예측을 제공한다.
• 기존 BOSS 분석과의 비교를 통해 예측 방법을 검증한다.
• 샷 노이즈와 EFT 매개변수 지식의 한계 요인을 강조한다.

제안 방법

• 파워 스펙트럼과 바이스펙트럼에 대해 일루프 EFTofLSS 예측을 사용한다.
• 가시선 방향 각의 모든 다중극과 두 개의 적색편이 구간 세트를 포함한 Fisher 행렬을 계산한다.
• 적색편이 의존 공분산을 고려하여 Fisher 행렬을 더해 적색편이 구간을 결합한다.
• 세 가지 EFT 매개변수 지식 시나리오를 구현한다: 고정된 값, 은하 형성 사전, 그리고 섭동성 우선(prior).
• 중성미자 질량, 곡률, 원시 비가우스성(f_NL 형태)을 포함한 우주론 매개변수를 예측한다.
• Fisher 예측을 위한 공개 코드를 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다음 세대 LSS 설문조사들이 EFTofLSS 전체 형태 분석을 사용하여 어떤 우주론 정보를 추출할 수 있는가?
• RQ2 많은 EFT 매개변수와 함께 섭동성 우선이 예측에 어떤 영향을 주는가?
• RQ3 DESI와 MegaMapper에 대한 중성미자 질량, 곡률, 원시 비가우스성(f_NL 형태)에 대한 예측 제약은 어떠한가?
• RQ4 샷 노이즈와 EFT 매개변수 불확실성이 정밀도에 어떤 한계를 주는가?

주요 결과

• DESI는 파워 스펙트럼과 바이스펙트럼을 사용한 경우 최소 2σ의 비제로 질량 증거와 함께 합계 질량을 제약하는 것으로 예측된다.
• MegaMapper는 동일한 프레임워크에서 비제로 중성미자 질량에 대해 ≳12σ의 증거를 달성할 것으로 예측된다.
• Omega_k는 DESI에서 0.051, MegaMapper에서 0.0012로 제약될 수 있다.
• f_NL^loc, f_NL^eq, f_NL^orth는 DESI에서 각각 ±3.3, ±92 (±114 섭동성 우선이 없을 때), 그리고 ±27로 제약될 수 있다; MegaMapper는 각각 ±0.26, ±16 (±18 없이 우선이 있을 때), 그리고 ±4로 도달할 수 있다.
• 섭동성 우선은 많은 EFT 매개변수에서 과대평가를 완화하는 데 도움을 주며, 추가 이득은 샷 노이즈와 EFT 항에 대한 사전에 의해 제한된다.
• 결과는 Planck에 비해 중성미자 질량과 원시 비가우스성에 대해 특히 상당한 개선을 시사한다.