[논문 리뷰] Planck 2018 results. VIII. Gravitational lensing

Planck Collaboration, N. Aghanim외 156명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 17.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 141인용 수 198

한 줄 요약

이 논문은 최종 Planck 2018 CMB 렌징 분석을 제시하며, 편광 및 온도 데이터로부터의 고유의 렌징 검출, Planck-CIB 렌징 맵의 공동 분석, CMB 스펙트럼의 디렌징, 그리고 ΛCDM 내부 및 외부에서의 강건한 우주론 매개변수 제약을 제공합니다.

ABSTRACT

We present measurements of the cosmic microwave background (CMB) lensing potential using the final $ extit{Planck}$ 2018 temperature and polarization data. We increase the significance of the detection of lensing in the polarization maps from $5\,σ$ to $9\,σ$. Combined with temperature, lensing is detected at $40\,σ$. We present an extensive set of tests of the robustness of the lensing-potential power spectrum, and construct a minimum-variance estimator likelihood over lensing multipoles $8 \le L \le 400$. We find good consistency between lensing constraints and the results from the $ extit{Planck}$ CMB power spectra within the $ m{ΛCDM}$ model. Combined with baryon density and other weak priors, the lensing analysis alone constrains $σ_8 Ω_{ m m}^{0.25}=0.589\pm 0.020$ ($1\,σ$ errors). Also combining with baryon acoustic oscillation (BAO) data, we find tight individual parameter constraints, $σ_8=0.811\pm0.019$, $H_0=67.9_{-1.3}^{+1.2}\, ext{km}\, ext{s}^{-1}\, m{Mpc}^{-1}$, and $Ω_{ m m}=0.303^{+0.016}_{-0.018}$. Combining with $ extit{Planck}$ CMB power spectrum data, we measure $σ_8$ to better than $1\,\%$ precision, finding $σ_8=0.811\pm 0.006$. We find consistency with the lensing results from the Dark Energy Survey, and give combined lensing-only parameter constraints that are tighter than joint results using galaxy clustering. Using $ extit{Planck}$ cosmic infrared background (CIB) maps we make a combined estimate of the lensing potential over $60\,\%$ of the sky with considerably more small-scale signal. We demonstrate delensing of the $ extit{Planck}$ power spectra, detecting a maximum removal of $40\,\%$ of the lensing-induced power in all spectra. The improvement in the sharpening of the acoustic peaks by including both CIB and the quadratic lensing reconstruction is detected at high significance (abridged).

연구 동기 및 목표

• 온 Sky의 약 67-70%에 걸친 온도 및 편광 데이터를 사용한 최종 Planck 2018 CMB 렌징 재구성을 시연합니다.
• 광범위한 널 테스트와 바이어스 보정을 통해 렌징 파워 스펙트럼의 강건성을 검증합니다.
• 렌징만의 제약과 Planck CMB, BAO, DES 데이터를 함께 사용한 제약을 제시합니다.
• 렌징 신호에 대한 작은 스케일 정보를 강화하기 위한 Planck-CIB 렌징 포텐셜 맵을 공동으로 개발합니다.
• Planck 파워 스펙트라의 디렌징 및 음향 피크의 선명도 향상과 B-모드 파워 제거를 입증합니다.

제안 방법

• 은식 마스크와 노이즈 가중치를 사용하여 Wiener-필터링된 T, E, B 다중극을 생성합니다.
• 필터링된 맵으로부터 이차 렌징 추정량을 구성하여 최소 분산(MV) 렌징 포텐셜 추정량을 얻습니다.
• 평균장(mean-field) 바이어스를 빼고 렌징 파워 스펙트럼의 N0, N1, 포인트-소스 바이어스를 보정합니다.
• 회수된 C_L^κκ를 다항으로 곱한 몬테카를로 보정으로 구간 전력을 얻습니다.
• 8 ≤ L ≤ 400에 대한 렌징 가능도(lensing likelihood)를 계산하고 σ8Ωm^0.25와 같은 조합을 포함한 우주론 매개변수 제약을 도출합니다.
• Planck 렌징을 외부 데이터(BAO, DES) 및 Planck CMB 파워 스펙트라와 결합하여 공동 매개변수 제약 및 일관성 점검을 수행합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 편광만으로 또는 온도+편광 데이터로부터 Planck가 탐지한 CMB 렌징 신호의 진폭과 통계적 유의성은 얼마입니까?
• RQ2 전면광(포그) 및 시스템오스, 모델링 바이어스(N0, N1, PS)에 대해 재구성된 렌징 파워 스펙트럼이 얼마나 강건하며 ΛCDM 예측과 얼마나 잘 일치합니까?
• RQ3 렌징 데이터만으로 도출할 수 있는 우주론 매개변수 제약은 무엇이며 BAO, DES, Planck CMB 데이터와 결합할 때 이러한 제약은 어떻게 개선됩니까?
• RQ4 고ℓ 렌징 정보를 강화하기 위해 Planck-CIB 렌징 포텐셜 맵을 공동으로 구성할 수 있으며, 이 신호에 대한 렌징 영향은 얼마나 큽니까?
• RQ5 CMB 렌징을 사용하여 Planck 파워 스펙트라를 디렌징하고 음향 피크를 얼마나 선명하게 만들거나 B-모드 파워를 얼마나 감소시킬 수 있습니까?

주요 결과

• 편광만으로 9σ, 온도+편광의 최소분산 결합으로 67%의 하늘에서 40σ의 렌징이 검출되었습니다.
• 렌징 제약은 ΛCDM 내에서 Planck CMB 파워 스펙트라와 일치합니다.
• 렌징만으로 σ8Ωm^0.25 = 0.589 ± 0.020 (1σ)로 제약합니다.
• BAO 데이터와 함께하면 σ8 = 0.811 ± 0.019, H0 = 67.9^{+1.2}_{-1.3} km/s/Mpc, Ωm = 0.303^{+0.016}_{-0.018}입니다.
• Planck CMB 파워 스펙트라와의 결합은 불확실성을 개선하여 σ8 = 0.811 ± 0.006을 제공합니다.
• CIB와의 Planck 전용 공동은 ~60%의 하늘에서 고충실도 렌징 포텐셜 맵을 제공하며, 작은 스케일 신호가 향상됩니다.
• 재구성된 렌징 맵을 이용한 디렌징은 렌징 유래 파워의 최대 ~40%를 제거하고 음향 피크를 고유하게 선명하게 하며(재구성에서 11σ, CIB 포함 시 15σ) 높게 유의합니다.
• CMB 렌징 결과는 은하 렌징과 상호보완적이며 렌징-전용 분석에서 DES 렌징 제약과의 일치성을 보입니다.