[논문 리뷰] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey: Measuring the growth rate of structure around cosmic voids

A. J. Hawken, B. R. Granett외 34명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 21.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 58인용 수 44

한 줄 요약

이 논문은 VIPERS 조사에서 은하와 천문학적 공극 간의 상관관계에서 적색편이 공간 왜곡을 이용하여 우주의 구조 선형 성장률을 측정하는 새로운 방법을 제안한다. 적색편이 공간 왜곡을 선형 가우시안 스트리밍 모델로 모델링하고 이방향 상관 함수를 재구성함으로써, 저자들은 z = 0.727에서 fσ₈ = 0.296⁺⁰·⁰⁷⁵₋⁰·⁰⁷⁸을 도출한다. 이는 표준 기법과 일치하며 고적색편이에서의 구조 성장에 대한 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

We identified voids in the completed VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS), using an algorithm based on searching for empty spheres. We measured the cross-correlation between the centres of voids and the complete galaxy catalogue. The cross-correlation function exhibits a clear anisotropy in both VIPERS fields (W1 and W4), which is characteristic of linear redshift space distortions. By measuring the projected cross-correlation and then deprojecting it we are able to estimate the undistorted cross-correlation function. We propose that given a sufficiently well measured cross-correlation function one should be able to measure the linear growth rate of structure by applying a simple linear Gaussian streaming model for the redshift space distortions (RSD). Our study of voids in 306 mock galaxy catalogues mimicking the VIPERS fields would suggest that VIPERS is capable of measuring $β$ with an error of around $25\%$. Applying our method to the VIPERS data, we find a value for the redshift space distortion parameter, $β= 0.423^{+0.104}_{-0.108}$, which given the bias of the galaxy population we use gives a linear growth rate of $fσ_8 = 0.296^{+0.075}_{-0.078}$ at $z = 0.727$. These results are consistent with values observed in parallel VIPERS analysis using standard techniques.

연구 동기 및 목표

• 고적색편이에서 천체 밀도 변동의 추적자로 공극을 사용하여 대규모 구조의 선형 성장률을 측정하는 것.
• 은하 클러스터링 자기상관 함수에 의존하지 않고도 성장률을 추정할 수 있는, 공극-은하 상관 함수의 적색편이 공간 왜곡 기반 방법을 개발하고 시험하는 것.
• VIPERS 조사의 기하학적 형태와 깊이를 반영한 모의 은하 카탈로그를 사용하여 공극 기반 성장률 측정의 정밀도와 견고성을 평가하는 것.
• 표준 다중극자 기반 은하 자기상관 함수와 비교하여 공극-은하 상관 함수 방법이 독립적인 기법 간에 일관성을 보이는지 확인하는 것.

제안 방법

• 적색편이 공간에서 빈 공극을 탐지하기 위해 공극을 채우는 알고리즘을 사용하여 VIPERS 조사에서 천문학적 공극을 식별한다.
• 공극 중심과 은하 간의 이방향 상관 함수를 측정하며, 이는 특수 속도로 인한 적색편이 공간 왜곡을 나타낸다.
• 투영된 상관 함수를 재구성하여 선형 공간에서의 왜곡 없는 상관 함수를 복원함으로써, 선형 방향 왜곡을 제거한다.
• 적색편이 공간 왜곡을 모델링하기 위해 선형 가우시안 스트리밍 모델을 적용하여 성장률 파rameter β를 직접 추정한다.
• 측정 불확실성을 校정하고 방법의 신뢰성을 검증하기 위해 VIPERS와 일치하는 306개의 모의 은하 카탈로그를 사용한다.
• 측정된 β를 은하 편향과 조합하여 z = 0.727에서의 선형 성장률 fσ₈를 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적색편이 공간에서의 공극-은하 상관 함수를 이용하여 구조 성장률을 신뢰성 있게 측정할 수 있는가?
• RQ2 VIPERS 조사에서 공극을 이용한 성장률 측정의 정밀도는 어떠한가? 그리고 전통적인 자기상관 함수 기반 방법과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ3 선형 가우시안 스트리밍 모델은 공극-은하 상관 함수의 적색편이 공간 왜곡을 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ4 동일한 조사에서의 전통적 군집 분석 결과와 비교했을 때, 공극 기반 측정 결과는 일관성이 있는가?

주요 결과

• 측정된 적색편이 공간 왜곡 파rameter는 β = 0.423⁺⁰·¹⁰⁴₋⁰·¹⁰⁸이며, 이는 z = 0.727에서 선형 성장률 fσ₈ = 0.296⁺⁰·⁰⁷⁵₋⁰·⁰⁷⁸에 해당한다.
• 모의 카탈로그에서 약 25%의 정밀도를 달성하여 실제 데이터에 대한 견고성을 입증한다.
• 동일한 조사에서 자기상관 다중극자의 결과인 fσ₈ = 0.551 ± 0.121 (z = 0.6) 및 fσ₈ = 0.401 ± 0.110 (z = 0.86)과 1σ 이내에서 일치한다.
• 이 측정은 저적색편이 조사들을 초월하여 고적색편이에서의 구조 성장에 대한 제약 조건을 제공한다.
• 다른 공극 기반 기법(예: 상관 함수의 다중극자 사용)과 경쟁 가능하며, 일부 이전 방법보다 정밀도 면에서 뛰어나다.
• 결과는 일반 상대성 이론과 표준 우주론이 z ≈ 0.73에서 일관성을 유지함을 지지하며, 심각한 이심은 발견되지 않았다.