[논문 리뷰] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS): An unbiased estimate of the growth rate of structure at $\mathbf{\left=0.85}$ using the clustering of luminous blue galaxies

Faizan G Mohammad, B. R. Granett외 35명|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 31.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 82인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 VIPERS 설문에서 빛나는 파란 은하를 이용하여 적색편이 z=0.85에서 우주의 구조 성장률을 정밀하고 편향 없는 측정치로 제시한다. 부피 제한된 파란 은하 샘플을 선택하고 간단한 이론 모델을 사용한 적색편이 공간에서의 군집 분석을 통해, 연구는 fσ₈(z=0.85) = 0.45 ± 0.11을 보고한다. 이는 ΛCDM와 기존의 전체 샘플 결과와 일치하며, 선택된 은하 추적자들이 복잡한 모델링 없이도 고정밀도 RSD 측정을 가능하게 한다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We use the VIPERS final data release to investigate the performance of colour-selected populations of galaxies as tracers of linear large-scale motions. We empirically select volume-limited samples of blue and red galaxies as to minimise the systematic error on the estimate of the growth rate $fσ_8$ from the anisotropy of the two-point correlation function. To this end, rather than rigidly splitting the sample into two colour classes we define the red/blue fractional contribution of each object through a weight based on the $(U-V)$ colour distribution. Using mock surveys that are designed to reproduce the observed properties of VIPERS galaxies, we find the systematic error in recovering the fiducial value of $fσ_8$ to be minimized when using a volume-limited sample of luminous blue galaxies. We model non-linear corrections via the Scoccimarro extension of the Kaiser model, finding systematic errors on $fσ_8$ of below $1-2\%$, using scales as small as 5 $h^{-1}\mathrm{Mpc}$. We interpret this result as indicating that selection of luminous blue galaxies maximises the fraction that are central objects in their dark matter haloes; this in turn minimises the contribution to the measured $ξ(r_p,π)$ from the 1-halo term, which is dominated by non-linear motions. The gain is inferior if one uses the full magnitude-limited sample of blue objects, consistent with the presence of a significant fraction of blue, fainter satellites dominated by non-streaming, orbital velocities. We measure a value of $fσ_8=0.45 \pm 0.11$ over the single redshift range $0.6\le z\le 1.0$, corresponding to an effective redshift for the blue galaxies $\left=0.85$. Including in the likelihood the potential extra information contained in the blue-red galaxy cross-correlation function does not lead to an appreciable improvement in the error bars, while it increases the systematic error.

연구 동기 및 목표

• z=0.85에서 잘 정의된 은하 샘플을 이용하여 구조 성장률의 편향 없는 추정치를 확보하기 위해.
• 전체 은하 샘플에 비해 빛나는 파란 은하를 선택함으로써 적색편이 공간에서의 왜곡 측정에 시스템적 오차가 줄어드는지 테스트하기 위해.
• 단순화된 이론 모델이 신중하게 선택된 추적자 샘플에 적용되었을 때도 fσ₈에 대해 강력한 제약 조건을 도출할 수 있는지 평가하기 위해.
• 표본 선택을 통해 작은 스케일에서의 군집을 활용하여 RSD 측정의 통계 정밀도를 향상시키기 위해.
• 이 방법이 Planck 데이터로 제약된 ΛCDM 예측 및 전체 VIPERS 데이터셋의 이전 결과와 일관된지 검증하기 위해.

제안 방법

• 연구는 VIPERS 설문에서 색상과 절대 등급을 기준으로 선택된 부피 제한된 빛나는 파란 은하 샘플을 사용한다. 이는 선택 효과를 최소화하기 위함이다.
• 적색편이 공간에서의 군집을 두 점 상관 함수의 투영된 형태를 사용하여 측정하며, 이는 공명 수축과 특이 속도에서 발생하는 RSD 신호를 분리한다.
• 관측된 군집을 Scoccimarro(2004)의 이론 모델에 맞추어 적합함으로써 성장률 fσ₈를 추출한다. 선형 이론을 가정하고 단일 자유 매개변수 fσ₈를 사용한다.
• 모델의 강건성을 시험하기 위해 중심 은하가 허브에서 정지해 있고, 허브 점유 또는 속도 편향 보정 없이 몽키를 생성한다.
• 시스템적 오차를 최소화하기 위해 수치 밀도가 낮고 공간적 일관성이 높은 샘플을 선택함으로써 비선형성과 편향에 대한 민감도를 낮춘다.
• 통계적 불확실성은 부트스트랩 재표본 추출을 통해 추정하며, 전체 VIPERS 은하 샘플 및 Planck로 제약된 ΛCDM 결과와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부피 제한된 빛나는 파란 은하 샘플이 z=0.85에서 성장률 fσ₈의 편향 없는 추정치를 도출할 수 있는가?
• RQ2 선택된 파란 은하 샘플에서의 RSD 측정 정밀도는 전체 VIPERS 은하 샘플에 비해 어떻게 다른가?
• RQ3 자유 속도 편향 매개변수를 포함하지 않은 단순화된 이론 모델이 여전히 fσ₈에 대해 강력하고 일관된 제약 조건을 도출할 수 있는가?
• RQ4 표본 선택 효과와 모델 가정이 RSD 측정의 통계적 오차와 시스템적 오차에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ5 측정된 fσ₈는 Planck 데이터로 제약된 ΛCDM 모델과 일치하는가?

주요 결과

• 연구는 fσ₈(z=0.85) = 0.45 ± 0.11의 측정치를 보고하며, 이는 1σ 수준에서 Planck로 제약된 ΛCDM 모델과 일치한다.
• 크기가 절반 정도인 샘플을 사용했음에도 불구하고 전체 VIPERS 은하 샘플에서 유도된 성장률과 완전히 일치한다.
• 오차 예산은 이론적 스케일 법칙에 따라 예상한 바와 같이 설문의 부피에 의해 주로 결정된다.
• 모델의 자유 매개변수 수를 줄이면(예: 속도 편향을 고정하면) 더 날카운 제약 조건을 얻을 수 있어, 모델의 단순화가 정밀도를 향상시킨다는 점을 시사한다.
• 빛나는 파란 은하의 높은 군집 강도 덕분에, 더 작은 스케일에서 높은 통계적 유의성을 확보할 수 있었다.
• 분석 결과는 철저한 표본 선택이 시스템적 오차를 완화시킬 수 있으며, 허브 역학의 복잡한 모델링 없이도 강력한 RSD 측정이 가능하다는 것을 보여준다.