[논문 리뷰] The nonlinear redshift space power spectrum: omega from redshift surveys

Karl B. Fisher, Adi Nusser|arXiv (Cornell University)|1995. 10. 08.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 제르드비치 근사법을 사용하여 비선형 적색편이 공간 파wer 스펙트럼에 대한 해석적 표현을 유도하며, 비선형 역학으로 인해 비선형 동역학에 의해 비율 R(이중극 모멘트 대 단극 모멘트 비율)가 스케일 감소와 함께 감소함을 보여준다. 이는 Ω 측정에 사용 가능한 스케일 범위를 확장하는 보편적 관계를 규명하며, 1.2 Jy IRAS 조사에서 Ω ≈ 0.4의 초도적 추정치를 도출한다.

ABSTRACT

We examine the anisotropies in the power spectrum by the mapping of real to redshift space. Using the Zel'dovich approximation, we obtain an analytic expression for the nonlinear redshift space power spectrum in the distant observer limit. For a given unbiased galaxy distribution in redshift space, the anisotropies in the power spectrum depend on the parameter f(\\Omega)\\approx \\Omega^{0.6}, where \\Omega is the density parameter. We quantify these anisotropies by the ratio, R, of the quadrupole to monopole angular moments of the power spectrum. In contrast to linear theory, the Zel'dovich approximation predicts a decline in R with decreasing scale. This departure from linear theory is due to nonlinear dynamics and not a result of incoherent random velocities. The rate of decline depends strongly on \\Omega and the initial power spectrum. However, we find a {\\it universal} relation between the quantity R/R_{lin} (where R_{lin} the linear theory value of R) and the dimensionless variable k/k_{nl}, where k_{nl} is a wavenumber determined by the scale of nonlinear structures. The universal relation is in good agreement with a large N-body simulation. This universal relation greatly extends the scales over which redshift distortions can be used as a probe of \\Omega. A preliminary application to the 1.2 Jy IRAS yields \\Omega\\sim 0.4 if IRAS galaxies are unbiased.

연구 동기 및 목표

• 비선형 중력 역학이 파wer 스펙트럼의 적색편이 공간 이방성에 미치는 영향을 이해하기 위해.
• 비선형 구조 형성으로 인해 적색편이 공간 파워 스펙트럼 이방성이 선형 이론 예측에서 얼마나 벗어나는지 정량화하기 위해.
• 다양한 스케일에서 안정적인 Ω 추정이 가능한 R/R_lin와 k/k_nl 사이의 보편적 스케일링 관계를 개발하기 위해.
• 유도된 형식을 관측 데이터에 적용하여, 특히 1.2 Jy IRAS 적색편이 조사에 적용하여 천체우주 밀도 매개변수 Ω를 제약하기 위해.

제안 방법

• 원거리 관측자 근사에서 실제 공간에서 적색편이 공간으로의 매핑을 모델링하기 위해 Zel'dovich 근사법을 사용한다.
• 성장률 매개변수 f(Ω) ≈ Ω^0.6를 포함한 비선형 적색편이 공간 파워 스펙트럼에 대한 해석적 표현을 유도한다.
• 파워 스펙트럼의 이중극 모멘트 대 단극 모멘트 비율인 R을 이방성의 정량적 측정을 위한 핵심 관측량으로 정의한다.
• 비차원 수 k/k_nl을 도입하여 비선형 구조의 척도를 특징짓는 k_nl을 사용하여 이방성 행동을 정규화한다.
• 초기 파워 스펙트럼 형상에 영향을 받지 않고 다양한 Ω 값에서 강건한 보편적 관계를 R/R_lin와 k/k_nl 사이에 수립한다.
• 대규모 N-체 시뮬레이션을 통해 보편적 관계를 검증하여 정확성과 광범위한 적용 가능성을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비선형 중력 역학은 선형 이론과 비교해 적색편이 공간 파워 스펙트럼의 이방성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 비선형 영역에서 이중극 대 단극 비율 R의 스케일과 Ω에 대한 기능적 의존성은 무엇인가?
• RQ3 다양한 천체물리 모델과 初기 파워 스펙트럼에서 유효한 R/R_lin와 k/k_nl 사이의 보편적 스케일링 관계를 수립할 수 있는가?
• RQ4 비선형 영역을 초월하여 적색편이 공간 왜곡을 이용해 천체우주 밀도 매개변수 Ω를 얼마나 잘 제약할 수 있는가?
• RQ5 1.2 Jy IRAS 적색편이 조사에 비선형 형식을 적용했을 때 도출되는 Ω의 추정치는 무엇인가?

주요 결과

• Zel'dovich 근사법은 스케일 감소와 함께 이중극 모멘트 대 단극 모멘트 비율 R이 감소함을 예측하며, 이는 선형 이론에서 R이 일정한 것과는 반대이다.
• 이 감소는 무작위 속도 분산이 아닌 비선형 역학으로 인한 것으로, 이는 비일관된 속도 효과와 구별된다.
• 초기 파워 스펙트럼에 영향을 받지 않고 다양한 Ω 값에서 강건한 보편적 관계가 R/R_lin와 k/k_nl 사이에 수립된다.
• 이 보편적 관계는 대규모 N-체 시뮬레이션 결과와 뛰어난 일치를 보이며, 그 예측 능력을 검증한다.
• 이 관계는 선형 이론이 허용하는 스케일 이하까지도 적색편이 왜곡의 사용 가능한 동적 범위를 확장한다.
• 1.2 Jy IRAS 조사에 이 방법을 적용한 결과, 간섭 없는 은하 분포를 가정할 때 Ω ≈ 0.4의 초도적 추정치를 도출한다.