[논문 리뷰] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS). Hierarchical scaling and biasing

A. Cappi, F. Marulli외 48명|Homo Politicus (Academy of Humanities and Economics in Lodz)|2015. 05. 20.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 88인용 수 18

한 줄 요약

이 연구는 VIMOS 공용 은하계 적색이동 조사(VIPERS)를 분석하여 z ~ 1에서 계층적 척도와 은하 편향을 고차 상관 함수를 사용해 테스트한다. 연구 결과는 척도와 적색이동에 관계없이 일관된 계층적 척도가 유지되며, 비선형 편향은 ΛCDM 우주론과 일치하는 증거를 보이며, 비선형 영역에서 은하 군집 모델의 독립적 검증을 제공한다.

ABSTRACT

We investigate the higher-order correlation properties of the VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS) to test the hierarchical scaling hypothesis at z~1 and the dependence on galaxy luminosity, stellar mass, and redshift. We also aim to assess deviations from the linearity of galaxy bias independently from a previously performed analysis of our survey (Di Porto et al. 2014). We have measured the count probability distribution function in cells of radii 3 < R < 10 Mpc/h, deriving $σ_{8g}$, the volume-averaged two-,three-,and four-point correlation functions and the normalized skewness $S_{3g}$ and kurtosis $S_{4g}$ for volume-limited subsamples covering the ranges $-19.5 \le M_B(z=1.1)-5log(h) \le -21.0$, $9.0 < log(M*/M_{\odot} h^{-2}) \le 11.0$, $0.5 \le z < 1.1$. We have thus performed the first measurement of high-order correlations at z~1 in a spectroscopic redshift survey. Our main results are the following. 1) The hierarchical scaling holds throughout the whole range of scale and z. 2) We do not find a significant dependence of $S_{3g}$ on luminosity (below z=0.9 $S_{3g}$ decreases with luminosity but only at 1σ-level). 3) We do not detect a significant dependence of $S_{3g}$ and $S_{4g}$ on scale, except beyond z~0.9, where the dependence can be explained as a consequence of sample variance. 4) We do not detect an evolution of $S_{3g}$ and $S_{4g}$ with z. 5) The linear bias factor $b=σ_{8g}/σ_{8m}$ increases with z, in agreement with previous results. 6) We quantify deviations from the linear bias by means of the Taylor expansion parameter $b_2$. Our results are compatible with a null non-linear bias term, but taking into account other available data we argue that there is evidence for a small non-linear bias term.

연구 동기 및 목표

• 고차 상관 함수를 사용하여 z ~ 1에서 은하 군집의 계층적 척도 가설을 검증한다.
• 기존 분석에 의존하지 않고 빛의 세기, 항성 질량, 적색이동에 따른 은하 편향의 의존성을 평가한다.
• 스펙트로스코픽 적색이동 조사에서 두 번째 차수 통계를 사용하여 선형 편향의 잠재적 이탈 여부를 조사한다.
• 관측된 고차 통계를 몽키 카탈로그와 펌프터베이션 이론 예측과 비교하여 ΛCDM 프레임워크 내에서 분석한다.
• 0.5 ≤ z < 1.1의 적색이동 범위에서 비선형 은하 편향과 군집 진화에 대한 강력하고 독립적인 제약 조건을 제공한다.

제안 방법

• 반지름 R = 3–10 h⁻¹ Mpc인 구형 세포에서의 수상 확률 분포 함수를 측정하여 σ₈g, S₃g, S₄g를 유도한다.
• 절대 magnitude M_B ∈ [-21.0, -19.5], 항성 질량 log(M*/M⊙h⁻²) ∈ [9.0, 11.0], 적색이동 z ∈ [0.5, 1.1] 범위에서 부피 제한 은하 샘플을 구축한다.
• 부피 평균 두 번째, 세 번째, 네 번째 상관 함수를 계산하여 계층적 척도를 평가한다.
• 샘플 분산과 같은 시스템적 오차를 검증하고 ΛCDM 예측과의 통계적 일관성을 확인하기 위해 몽키 은하 카탈로그를 사용한다.
• 펌프터베이션 이론을 적용하여 비선형 편향 매개변수 b₂와 b₁을 해석하고 관측 제약 조건과 비교한다.
• S₃g와 S₄g의 적색이동 진화를 평가하여, 샘플 분산과 관련된 척도 및 적색이동 의존성 있는 이상 현상들을 규명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ~ 1에서 다양한 척도와 은하 성질에 걸쳐 두 번째, 세 번째, 네 번째 상관 함수 간의 계층적 척도 관계가 유지되는가?
• RQ2 0.5 ≤ z < 1.1의 적색이동 범위에서 정규화된 비틀림도 S₃g가 은하 빛의 세기나 항성 질량에 의존하는가?
• RQ3 선형 은하 편향에서의 눈에 띄는 이탈이 존재하는가? 그리고 R = 8 h⁻¹ Mpc에서 비선형 편향 매개변수 b₂의 유의미성은 어떠한가?
• RQ4 S₃g와 S₄g는 어떻게 적색이동에 따라 진화하는가? 관측된 이상 현상들은 샘플 분산과 같은 시스템적 오차 때문인가?
• RQ5 관측된 군집 성질은 몽키 카탈로그로 검증된 ΛCDM 및 펌프터베이션 이론 예측과 일치하는가?

주요 결과

• 모든 척도(3 ≤ R ≤ 10 h⁻¹ Mpc)와 적색이동(0.5 ≤ z < 1.1)에서 두 번째, 세 번째, 네 번째 상관 함수 간의 계층적 척도 관계가 강력하게 유지된다.
• z < 0.9 이하에서는 S₃g가 빛의 세기에 의존하지 않으며, 높은 빛의 세기에서 비틀림도 감소는 1σ 수준에서만 관측된다.
• S₃g와 S₄g는 z > 0.9에서 큰 척도(R ≥ 10 h⁻¹ Mpc)에서 높은 값을 보이지만, 이는 CFHTLS Wide 필드에서의 샘플 분산 때문이며 몽키 카탈로그 분석으로 확인되었다.
• R = 8 h⁻¹ Mpc에서 비선형 편향 매개변수 b₂는 음수이지만 통계적으로 0과 다를 바가 없으며, VIPERS와 다른 조사의 병합 결과는 약간의 비영이지만 유의미한 값을 시사한다.
• 관측된 S₃g와 S₄g 값은 ΛCDM 예측과 몽키 카탈로그와 일치하며, 편향된 은하 형성과 중력 군집의 표준 모델을 지지한다.
• z = 0에서 z ~ 1로의 S₃g 진화는 유의미하게 감지되지 않으며, σ₈m의 진화에 대해 약 10%의 1σ 불확도를 보이며, b(z) ∝ 1/σ₈m(z)가 경험적 관계로 존재함을 시사한다.