[논문 리뷰] The cross-correlation of galaxies in absorption with the Lyman $α$ forest

Ignasi Pérez-Ràfols, Matthew M. Pieri외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 10. 06.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 강한 블렌디드 라이만-알파(SBLA) 흡수계와 라이만-알파 숲 사이의 상관관계를 처음으로 측정하였으며, 감쇠 라이만-알파 흡수계(DLAs)와 일관된 군집 성질—편향 $2.329 \pm 0.057$ 및 적색편이 공간 왜곡 $eta = 0.417 \pm 0.010$—를 발견하여, SBLA가 은하계 주변의 은하군집과 유사한 인구를 따라가고 있음을 시사한다. 결과적으로 SBLA는 향후 바리온 음향 진동(BAO) 우주론에 있어 유망한 보조 추적자로 기능하며, 병합된 탐사로 eBOSS 한계 대비 병렬 방향에서 약 8%, 수직 방향에서 약 7%의 BAO 불확도 감소를 보여준다.

ABSTRACT

We present the first clustering measurement of Strong Blended Lyman $α$ (SBLA) absorption systems by measuring their cross-correlation with the Lyman $α$ forest. SBLAs are a new population of absorbers detected within the Lyman $α$ forest. We find a bias of $2.329\pm0.057$, consistent with that of Damped Lyman $α$ absorbers (DLAs). For DLAs, we recover a bias of $2.331\pm0.057$ larger than previously reported (Pérez-Ràfols et al. 2018b). We also find a redshift space distortion parameter $β=0.417\pm0.010$, also consistent with the recovered value for DLAs ($β=0.416\pm0.010$). This is consistent with SBLA and DLA systems tracing different portions of the circumgalactic medium of a broadly common population of galaxies. Given these common clustering properties, we combined them to perform a cross-correlation of galaxies in absorption with the Ly$α$ forest. We find that the BAO scale uncertainty of this new measurement is $1.75 imes$ that of Ly$α$ auto-correlation and $1.6 imes$ that of the quasar cross-correlation with the Ly$α$ forest. We note that the current preferred metal contamination model for fitting the correlation functions with respect to the Ly$α$ forest is not realistic enough for SBLA systems, likely due to their status as high redshift precision sites of high metal enrichment. Mock spectra including SBLA systems and their associated metal absorption are required to understand this sample fully. We conclude that SBLAs have the potential to complement the standard Ly$α$ cosmological analyses in future surveys.

연구 동기 및 목표

• 강한 블렌디드 라이만-알파(SBLA) 흡수계의 군집 성질을 라이만-알파 숲과의 상관관계 분석을 통해 측정하기.
• SBLA 시스템이 감쇠 라이만-알파 흡수계(DLAs)와 동일한 대규모 구조 인구를 따라가고 있는지 평가하기.
• 고적색도 우주론에서 바리온 음향 진동(BAO) 측정에 대한 SBLA의 보조 추적자 잠재력 평가하기.
• SBLA 시스템의 금속 흡수 모델링에서 발생하는 시스템적 과제를 규명하고, 향상된 몽키 시뮬레이션의 필요성 평가하기.
• 표준 라이만-알파 자가상관 및 활성은하핵과의 상관관계 대비, 라이만-알파 × SBLA 상관관계를 통한 BAO 측정 정밀도 수치화하기.

제안 방법

• SDSS에서 확보한 고해상도 활성은하핵 스펙트럼을 활용해 SBLA 흡수계와 라이만-알파 숲의 투과도 필드 간의 상관관계 함수 분석.
• 적색편이 공간 왜곡을 카이저 근사법으로 모델링한 표준 상관스펙트럼 방법 적용.
• 상관관계 함수 추정 및 시스템적 오차 완화를 위해 'vega' 및 'picca' 소프트웨어 파이프라인 사용.
• 금속 흡수 효과로 인해 모델이 붕괴하는 작은 수직 분리 거리($r_\perp < 30$ h⁻¹ Mpc)의 데이터 제외.
• SBLA 군집 매개변수(편향 및 $eta$)를 DLA의 값과 비교하여 공통된 물리적 기원 평가.
• 라이만-알파 × SBLA, 라이만-알파 자가상관, 활성은하핵 × 라이만-알파 상관관계를 병합하여 공동 BAO 불확도 감소 추정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SBLA 흡수계는 감쇠 라이만-알파 흡수계(DLAs)와 일치하는 군집 성질을 보여주는가?
• RQ2 SBLA 시스템은 고적색도 우주에서 바리온 음향 진동(BAO) 측정에 실현 가능하고 독립적인 추적자로 기능할 수 있는가?
• RQ3 금속 흡수의 영향은 SBLA 시스템의 상관관계 함수 모델링 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 라이만-알파 × SBLA 상관관계의 BAO 스케일 불확도는 표준 라이만-알파 자가상관 및 활성은하핵 × 라이만-알파 상관관계와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ5 SBLA, 라이만-알파, 활성은하핵 추적자를 병합하면 BAO 측정 정밀도가 얼마나 향상되는가?

주요 결과

• SBLA 시스템의 편향은 $2.329 \pm 0.057$로 측정되었으며, DLA의 편향 $2.331 \pm 0.057$와 일치하여 유사한 대규모 군집 성질을 지닌다.
• SBLA의 적색편이 공간 왜곡 매개변수 $eta = 0.417 \pm 0.010$는 DLA의 값 $0.416 \pm 0.010$과 일치하여 은하계 주변의 공통된 물리적 기원을 뒷받침한다.
• 독립적으로 사용할 경우, 라이만-알파 × SBLA 상관관계에서의 BAO 스케일 불확도는 라이만-알파 자가상관의 $1.75\times$이며, 라이만-알파 × 활성은하핵 상관관계의 $1.6\times$이다.
• 라이만-알파 × SBLA, 라이만-알파 자가상관, 라이만-알파 × 활성은하핵 상관관계를 모두 병합하면, 최근 eBOSS 측정치 대비 병렬 방향 $α_\parallel$ 에서 약 8%, 수직 방향 $α_\perp$ 에서 약 7%의 BAO 매개변수 오차 바의 감소를 보였다.
• 표준 상관관계 함수 피팅 모델은 작은 수직 분리 거리($r_\perp < 30$ h⁻¹ Mpc)에서 붕괴하며, 이는 SBLA 시스템 내 강력한 금속 흡수의 모델링 부족으로 인한 것으로 보인다.
• 모델링을 정교화하고 향후 BAO 측정을 검증하기 위해 SBLA 시스템과 관련 금속 흡수를 포함한 몽키 시뮬레이션이 필요하다.