[논문 리뷰] The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: double-probe measurements from BOSS galaxy clustering \& Planck data -- towards an analysis without informative priors

Marcos Pellejero-Ibáñez, Chia-Hsun Chuang외 29명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 BOSS 은하 군집과 Planck CMB 자료를 조합하여 Ωbh² 및 ns와 같이 잘 알려지지 않은 매개변수에 대한 사전 가정에 의존하지 않고 우주론적 제약 조건을 도출하기 위해 더블 프로브 분석 방법을 소개한다. 이 방법은 정보가 많은 사전 분포를 최소화하며, 평탄한 ΛCDM 모델과의 괴리 없이 강력하고 모델에 종속되지 않는 제약 조건을 제공하며, 중성미자 질량에 대한 날카러운 한계를 제시한다: ΛCDM 하에서 Σmν < 0.10 eV (68%).

ABSTRACT

We develop a new methodology called double-probe analysis with the aim of minimizing informative priors in the estimation of cosmological parameters. We extract the dark-energy-model-independent cosmological constraints from the joint data sets of Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) galaxy sample and Planck cosmic microwave background (CMB) measurement. We measure the mean values and covariance matrix of $\{R$, $l_a$, $\Omega_b h^2$, $n_s$, $log(A_s)$, $\Omega_k$, $H(z)$, $D_A(z)$, $f(z)\sigma_8(z)\}$, which give an efficient summary of Planck data and 2-point statistics from BOSS galaxy sample, where $R=\sqrt{\Omega_m H_0^2}\,r(z_*)$, and $l_a=\pi r(z_*)/r_s(z_*)$, $z_*$ is the redshift at the last scattering surface, and $r(z_*)$ and $r_s(z_*)$ denote our comoving distance to $z_*$ and sound horizon at $z_*$ respectively. The advantage of this method is that we do not need to put informative priors on the cosmological parameters that galaxy clustering is not able to constrain well, i.e. $\Omega_b h^2$ and $n_s$. Using our double-probe results, we obtain $\Omega_m=0.304\pm0.009$, $H_0=68.2\pm0.7$, and $\sigma_8=0.806\pm0.014$ assuming $\Lambda$CDM; and $\Omega_k=0.002\pm0.003$ and $w=-1.00\pm0.07$ assuming o$w$CDM. The results show no tension with the flat $\Lambda$CDM cosmological paradigm. By comparing with the full-likelihood analyses with fixed dark energy models, we demonstrate that the double-probe method provides robust cosmological parameter constraints which can be conveniently used to study dark energy models. We extend our study to measure the sum of neutrino mass and obtain $\Sigma m_ u<0.10/0.22$ (68\%/95\%) assuming $\Lambda$CDM and $\Sigma m_ u<0.26/0.52$ (68\%/95\%) assuming $w$CDM. This paper is part of a set that analyses the final galaxy clustering dataset from BOSS.

연구 동기 및 목표

• 은하 군집 자료에 의해 잘 제약되지 않는 매개변수에 대해 정보가 많은 사전 분포에 의존하는 것을 줄이는 우주론적 분석 방법을 개발하는 것.
• 통합된 BOSS 및 Planck 자료를 사용하여 어두운 에너지와 곡률에 대한 모델에 종속되지 않는 제약 조건을 가능하게 하는 것.
• 특히 Ωm, H0, σ8, Σmν에 대해 고정된 어두운 에너지 모델을 가정하지 않고 강력하고 재현 가능한 우주론적 매개변수 제약 조건을 제공하는 것.
• 중성미자 질량 제약 조건에서 더블 프로브 방법을 전체 우도수와 단일 프로브 접근법과 비교하는 것.

제안 방법

• Planck CMB 자료와 BOSS 은하 군집 2점 통계를 요약하여 총 9개의 매개변수로 구성된 집합 {R, la, Ωbh², ns, log(As), Ωk, H(z), DA(z), f(z)σ8(z)} 을 제안한다.
• CMB 이동 매개변수 R = √(ΩmH₀²r(z*)), la = πr(z*)/rs(z*) 를 사용하며, 여기서 z* 는 마지막 산란 적색편이이다.
• 요약된 매개변수의 평균값과 공분산 행렬을 추출하여 전체 우도 평가 없이도 통합 자료를 표현한다.
• Ωbh² 와 ns 를 요약 집합에 포함하지 않음으로써 정보가 많은 사전 분포를 피하고 Planck 자료의 정보를 유지하면서 모델 의존성을 최소화한다.
• 비교를 위해 전체 우도수 및 단일 프로브 분석을 수행하여 더블 프로브 결과의 강건성을 검증한다.
• 이 방법을 다양한 어두운 에너지 모델 하에서 중성미자 질량 합계(Σmν)를 제약하기 위해 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 더블 프로브 방법은 우주론적 매개변수 추정에서 정보가 많은 사전 분포에 대한 의존도를 줄일 수 있는가?
• RQ2 더블 프로브 방법에서 도출된 우주론적 제약 조건은 전체 우도수 및 단일 프로브 분석과 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ3 이 방법을 사용하여 ΛCDM, wCDM, 기타 어두운 에너지 모델 하에서 Ωm, H₀, σ₈, Ωk 에 대해 강력한 제약 조건은 무엇인가?
• RQ4 다른 방법과 비교했을 때 더블 프로브 접근법을 통해 중성미자 질량 합계에 대해 어떤 상한 한계를 설정할 수 있는가?
• RQ5 더블 프로브 방법은 표준 평탄한 ΛCDM 모델과 일치하는 결과를 도출하는가?

주요 결과

• ΛCDM 모델 하에서 더블 프로브 방법은 Ωm = 0.304 ± 0.009, H₀ = 68.2 ± 0.7, σ₈ = 0.806 ± 0.014 를 도출하며, 이는 표준 우주론 이론과 괴리 없음을 보여준다.
• oCDM 모델 하에서 Ωk = 0.002 ± 0.003; wCDM 모델 하에서 w = -1.04 ± 0.06; owCDM 모델 하에서 w = -1.00 ± 0.07 이며, 모두 평탄한 ΛCDM 모델과 일치한다.
• w0waCDM 모델 하에서 제약 조건은 w₀ = -0.84 ± 0.22 및 wa = -0.66 ± 0.68 로 나타나 w = -1 에서의 유의미한 이탈이 없음을 시사한다.
• 예상대로 요약 집합에 Σmν 를 포함하지 않아서 더블 프로브 방법은 전체 우도수 분석보다 Σmν 에 대해 더 약한 제약 조건을 제공한다.
• ΛCDM 하에서 Σmν 의 68% 상한은 0.10 eV (95%: 0.22 eV) 이며, wCDM 하에서는 0.26 eV (95%: 0.52 eV) 이며, 중성미자 질량이 0임과 일치한다.
• 더블 프로브 방법의 결과는 강건하며 전체 우도수 분석과 유사하여, 정보가 많은 사전 분포 없이도 어두운 에너지 모델 검증에 이 방법을 사용할 수 있음을 검증한다.