[논문 리뷰] The effects of assembly bias on cosmological inference from galaxy-galaxy lensing and galaxy clusters

Joseph E. McEwen, David H. Weinberg|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 3인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 은하 조립 편향(은하 성질이 헬로 형성 역사를 통해 영향을 받는 현상)이 은하-은하 렌즈 효과(GGL)와 은하 군집 분석에서의 우주론적 추론에 어떤 영향을 미치는지 조사한다. 강한 조립 편향을 포함한 모의 카탈로그를 사용하여, 척도 $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ 에서 은하-물질 교차상관계수 $ r_{\rm gm}(r) $ 가 조립 편향에 민감하지 않음을 보여주며, 이는 표준 또는 환경 의존성 HOD 피팅을 통해 물질 상관관계 함수 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 를 2% 이내로 정확히 복원할 수 있음을 시사한다. 이는 강한 조립 편향 효과를 보이는 빨간 은하에 대해서도 성립한다.

ABSTRACT

The combination of galaxy-galaxy lensing (GGL) and galaxy clustering is a promising route to measuring the amplitude of matter clustering and testing modified gravity theories of cosmic acceleration. Halo occupation distribution (HOD) modeling can extend the approach down to nonlinear scales, but galaxy assembly bias could introduce systematic errors by causing the HOD to vary with large scale environment at fixed halo mass. We investigate this problem using the mock galaxy catalogs created by Hearin & Watson (2013, HW13), which exhibit significant assembly bias because galaxy luminosity is tied to halo peak circular velocity and galaxy colour is tied to halo formation time. The preferential placement of galaxies (especially red galaxies) in older halos affects the cutoff of the mean occupation function $\langle N_ ext{cen}(M_ ext{min}) angle$ for central galaxies, with halos in overdense regions more likely to host galaxies. The effect of assembly bias on the satellite galaxy HOD is minimal. We introduce an extended, environment dependent HOD (EDHOD) prescription to describe these results and fit galaxy correlation measurements. Crucially, we find that the galaxy-matter cross-correlation coefficient, $r_{gm} \equiv ξ_{gm} \cdot [ ξ_{mm} ξ_{gg} ]^{-1/2}$, is insensitive to assembly bias on scales $r \gtrsim 1 \; h^{-1} ext{Mpc}$, even though $ξ_{gm} $ and $ξ_{gg} $ are both affected individually. We can therefore recover the correct $ξ_{mm} $ from the HW13 galaxy-galaxy and galaxy-matter correlations using either a standard HOD or EDHOD fitting method. For $M_r \leq -19$ or $M_r \leq -20$ samples the recovery of $ξ_{mm}$ is accurate to 2% or better. For a sample of red $M_r \leq -20$ galaxies we achieve 2% recovery at $r \gtrsim 2\;h^{-1} ext{Mpc}$ with EDHOD modeling but lower accuracy at smaller scales or with a standard HOD fit.

연구 동기 및 목표

• 은하 조립 편향이 은하-은하 렌즈(GGL)와 은하 군집 분석에서의 우주론적 추론에 체계적 오차를 유도하는지 평가하기 위해.
• GGL+군집 분석 분석에서 핵심 요소인 은하-물질 교차상관관계수 $ r_{\rm gm}(r) $ 에 조립 편향이 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 표준 헬로 점유도(HOD) 모델링 또는 확장된 환경 의존성 HOD(EDHOD) 모델링이 조립 편향이 존재하는 상황에서도 물질 상관관계 함수 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 를 정확히 복원할 수 있는지 시험하기 위해.
• 특히 빛나는 빨간 은하 샘플에 대해 조립 편향 영향이 우주론적 추론에 미치는 영향이 무시할 수 없는 척도를 결정하기 위해.

제안 방법

• 은하 빛의 세기, 색깔, 헬로 피크 원형 속도 또는 형성 시기 간의 유사성으로 강한 조립 편향을 보이는 Hearin & Watson (2013, HW13)의 모의 은가 카탈로그를 사용한다.
• 모의 카탈로그에서 수치적으로 은하-물질 교차상관관계수 $ r_{\rm gm}(r) $ 를 계산하여 조립 편향에 대한 민감도를 평가한다.
• 표준 HOD 및 환경 의존성 HOD(EDHOD) 피팅을 적용하여 측정된 $ \xi_{\rm gg}(r) $ 와 $ \xi_{\rm gm}(r) $ 로부터 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 를 추론하고, 식 (5)를 사용해 물질 상관관계 함수를 재구성한다.
• 복원된 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 를 모의 카탈로그의 진짜 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 와 비교하여 다양한 빛의 세기 및 색깔 샘플에서 정확도를 정량화한다.
• 은하 조립 편향에 대한 $ r_{\rm gm}(r) $ 의 민감도가 우주론적 추론에 가장 중요한 척도인 $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ 에서 가장 중요하므로, 이 척도에 집중한다.
• 비선형 척도에서 분석적 근사가 정확하지 않을 수 있으므로, 투영 상관관계 함수의 수치적 역행렬을 통해 3차원 상관관계 함수를 복원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 척도 $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ 에서 은하 조립 편향이 은하-물질 교차상관관계수 $ r_{\rm gm}(r) $ 를 현저히 변화시키는가?
• RQ2 은하 분포에 조립 편향이 존재할 경우, 표준 HOD 피팅이 물질 상관관계 함수 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 를 정확히 복원할 수 있는가?
• RQ3 특히 강한 조립 편향을 보이는 빨간 은하에 대해, 환경 의존성 HOD(EDHOD) 모델링이 표준 HOD에 비해 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 복원 정확도를 향상시키는가?
• RQ4 $ r_{\rm gm}(r) $ 가 조립 편향에 민감하지 않게 되는 최소 척도는 무엇인가? 이는 안정적인 우주론적 추론을 가능하게 한다.
• RQ5 고광도 또는 빨간 은하 샘플에 대해 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 복원 정확도는 은하의 빛의 세기와 색깔에 따라 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• 조직된 척도 $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ 에서는 은하-물질 교차상관관계수 $ r_{\rm gm}(r) $ 가 조립 편향에 민감하지 않다. 이는 $ \xi_{\rm gm}(r) $ 와 $ \xi_{\rm gg}(r) $ 가 개별적으로 환경에 따라 달라지더라도 성립한다.
• 빛의 세기 $ M_r \leq -19 $ 또는 $ M_r \leq -20 $ 인 은하 샘플에 대해, 표준 HOD 또는 EDHOD 피팅을 사용하여 물질 상관관계 함수 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 가 2% 이내로 복원된다.
• 빨간 $ M_r \leq -20 $ 은하에 대해 EDHOD 모델링은 $ r \gtrsim 2\,h^{-1}\text{Mpc} $ 에서 2% 정확도를 달성하지만, 표준 HOD는 더 작은 척도에서 정확도가 떨어진다.
• 중앙 은하 HOD 절단점 $ N_{\rm cen}(M_{\rm min}) $ 는 조립 편향에 의해 크게 영향을 받는다. 과밀 지역의 헬로는 중심 은하를 보다 잘 갖출 가능성이 높기 때문이다. 반면 위성 은하 HOD 는 최소한의 영향을 받는다.
• $ r_{\rm gm}(r) $ 가 조립 편향에 민감하지 않기 때문에, 복잡한 편향 물리 모델이 존재하더라도 GGL 및 군집 분석을 통해 $ \sim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ 까지 안정적인 우주론적 추론이 가능하다.
• 결과적으로, $ r_{\rm gm}(r) $ 를 핵심 관측량으로 사용할 경우, 조립 편향이 GGL 및 군집 분석에서의 우주론적 추론에 심각한 체계적 오차를 유도하지 않으며, 충분한 스케일 다이내믹스 범위를 확보할 경우 이는 성립한다.