[논문 리뷰] The Completed SDSS-IV Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: Growth rate of structure measurement from cosmic voids

M Aubert, Marie-Claude Cousinou외 20명|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 17.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 111인용 수 49

한 줄 요약

이 논문은 완료된 SDSS-IV eBOSS DR16 설문을 활용하여 첫 번째로 천체 구조의 성장률 측정을 제시하며, 공명-은하 상관관계의 적색편이 공간 왜곡을 이용해 성장률을 제약한다. z=0.74(_LRGCMASS_)에서 fσ8 = 0.50 ± 0.11, z=0.85(_ELG_)에서 fσ8 = 0.52 ± 0.10, z=1.48(_QSO_)에서 fσ8 = 0.30 ± 0.13을 보고하며, 전통적인 군집 방법과 일치하고, 구조 성장에 대한 공명을 경쟁 가능한 탐사수 Mitt로 보여준다.

ABSTRACT

We present a void clustering analysis in configuration-space using the completed Sloan Digital Sky Survey IV (SDSS-IV) extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS) DR16 samples. These samples consist of Luminous Red Galaxies (LRG) combined with the high redshift tail of the SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) DR12 CMASS galaxies (called as LRG+CMASS sample), Emission Line Galaxies (ELG) and quasars (QSO). We build void catalogues from the three eBOSS DR16 samples using a ZOBOV-based algorithm, providing 2,814 voids, 1,801 voids and 4,347 voids in the LRG+CMASS, ELG and QSO samples, respectively, spanning the redshift range $0.6<z<2.2$. We measure the redshift space distortions (RSD) around voids using the anisotropic void-galaxy cross-correlation function and we extract the distortion parameter $\beta$. We test the methodology on realistic simulations before applying it to the data, and we investigate all our systematic errors on these mocks. We find $\beta^{ m LRG}(z=0.74)=0.415\pm0.087$, $\beta^{ m ELG}(z=0.85)=0.665\pm0.125$ and $\beta^{ m QSO}(z=1.48)=0.313\pm0.134$, for the LRG+CMASS, ELG and QSO sample, respectively. The quoted errors include systematic and statistical contributions. In order to convert our measurements in terms of the growth rate $f\sigma_8$, we use consensus values of linear bias from the eBOSS DR16 companion papers~\citep{eBOSScosmo}, resulting in the following constraints: $f\sigma_8(z=0.74)=0.50\pm0.11$, $f\sigma_8(z=0.85)=0.52\pm0.10$ and $f\sigma_8(z=1.48)=0.30\pm0.13$. Our measurements are consistent with other measurements from eBOSS DR16 using conventional clustering techniques.

연구 동기 및 목표

• 완료된 eBOSS DR16 설문에서 천체 구조의 성장률을 천체 공명을 탐사수로 측정하기 위해.
• 실제 N-체 시뮬레이션을 사용하여 공명 기반 적색편이 공간 왜곡(RSD) 분석의 체계적 오차에 대한 내성에 대한 시험을 위해.
• 기존의 은하 군집 기술을 보완하기 위해 공명-은하 상관관계 함수를 이용해 fσ8에 독립적인 제약을 제공하기 위해.
• 특히 향후 고정밀도 설문에서 공명이 대체로 우수한 천체물리학적 탐사수로 유능함을 입증하기 위해.

제안 방법

• ZOBOV 알고리즘을 사용하여 eBOSS DR16 샘플(LRG+CMASS, ELG, QSO)에서 공명 목록을 구축하여 0.6 < z < 2.2 범위에서 각각 2,814개, 1,801개, 4,347개의 공명을 식별하였다.
• 구성공간에서 이방성 공명-은하 상관관계 함수를 측정하여 적색편이 공간 왜곡(RSD)과 왜곡 매개변수 β를 추출하였다.
• 선형 RSD 모델(Cai 등 2016)을 적용하여 β를 성장률과 연결하였으며, 체계적 오차는 실제 N-체 시뮬레이션을 통해 테스트하였다.
• eBOSS DR16 동반 논문에서의 공의 공식을 사용하여 선형 편향을 校정하여 β를 fσ8 측정치로 변환하였다.
• 공명 발견, 기하학, 밀도장 복원에서 발생하는 체계적 불확실성을 정량화하였으며, 모의 설문을 통해 방법을 검증하였다.
• 세 가지 추적자(LRG+CMASS, ELG, QSO)의 결과를 통합하여 fσ8의 적색편이 의존성 제약을 제공하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적색편이 공간 왜곡을 통해 공명-은하 상관관계 함수를 분석할 때 천체 공명이 성장률 fσ8에 경쟁적인 제약을 제공할 수 있는가?
• RQ2 공명 발견 및 밀도장 복원에서 발생하는 체계적 오차는 측정된 성장률에 어떤 영향을 미치며, 이를 신뢰성 있게 정량화할 수 있는가?
• RQ3 동일한 eBOSS DR16 데이터셋에서 기존의 은하 군집 기술로 유도된 fσ8 측정치와 공명 기반 측정치는 일치하는가?
• RQ4 공명 기반 측정치는 저밀도 영역에서의 구조 성장에 민감한가? 이는 과도한 밀도 영역에서의 은하 군집과 보완적인 테스트를 제공하는가?
• RQ5 향후 DESI 및 Euclid와 같은 설문에서 기대되는 공명 수의 증가와 통계적 오차 감소를 고려할 때, 공명이 신뢰할 수 있는 천체물리학적 탐사수로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• 오차에 통계적 오차와 체계적 기여를 모두 포함하여, β(LRG+CMASS, z=0.74) = 0.415 ± 0.087, β(ELG, z=0.85) = 0.665 ± 0.125, β(QSO, z=1.48) = 0.313 ± 0.134이다.
• eBOSS DR16 동반 논문에서의 공의 공식을 사용하여 β를 fσ8로 변환한 결과, fσ8(z=0.74) = 0.50 ± 0.11, fσ8(z=0.85) = 0.52 ± 0.10, fσ8(z=1.48) = 0.30 ± 0.13이 된다.
• 공명 기반 fσ8 측정치는 동일한 eBOSS DR16 데이터셋에서 기존의 은하 군집 기술로 유도된 측정치와 일치한다.
• DR16에서 향상된 통계—LRG+CMASS에서 2,814개의 공명, QSO 샘플에서 4,347개의 공명—은 DR14에 비해 상당한 증가를 나타내며 정밀도를 높이고 통계적 불확실성을 감소시킨다.
• 실제 시뮬레이션을 통한 검증을 통해 체계적 오차를 성공적으로 통제하였으며, 천체물리학 추론에 대한 강건성을 확인하였다.
• 결과는 천체 공명이 저밀도 영역에서의 구조 성장 측정에 실용적이고 보완적인 탐사수로 유능하며, 향후 세대 설문에 적합하다는 것을 확인한다.