[논문 리뷰] Voids in Redshift Space

Masatoshi Shoji, Jounghun Lee|arXiv (Cornell University)|2012. 03. 05.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 적색편이 공간에서의 빈자리 타원도 확률밀도함수(PDF)를 우주론적 측정 도구로 사용하여, $f(z)$의 로그 성장률을 측정하고자 제안한다. 적색편이 공간에서의 왜곡이 빈자리의 타원도를 증가시키고 PDF에 특징적인 절단점이 생기게 되며, 개별 빈자리에서의 포isson 노이즈로 인한 오염에도 불구하고 빈자리를 통합함으로써 타원도의 이방성을 탐지할 수 있다. 이는 Alcock-Paczynski 테스트를 통해 $f(z)$를 측정하는 강력한 방법을 제공한다.

ABSTRACT

We study the ellipticity probability distribution function (PDF) of voids in redshift space with galaxies as tracers of the shapes of voids. We find that the redshift space distortion on the shape of voids statistically increases the ellipticities of voids, and leaves a prominent feature on the ellipticity PDF as a substantial reduction in the probability of having voids with small ellipticity. The location of this characteristic cutoff of the ellipticity PDF is an explicit function of the logarithmic growth rate, and it can be used as a probe of cosmology once the radial density profile of voids is better understood. However, the biggest limiting factor for the use of ellipticity PDF as a probe of cosmology lies in the Poisson noise from a small number of galaxies to define the shape of a given void. This Poisson noise creates a significant contamination of the resulting ellipticity PDF so that the shape of the original PDF is almost washed-out. Nevertheless, there is a way to overcome the Poisson noise via the Alcock Paczynski test on the shape of stacked voids. In redshift space, since the void is elongated toward the line of sight, the stacked void has non-zero ellipticity, which can be a tell-tale of the logarithmic growth rate. Although some useful information of void ellipticity will be lost by stacking, in this way, we can see the effect of redshift space distortion as a source of anisotropy in the stacked void ellipticity. We think that the stacking analysis of the voids in redshift space is potentially a powerful tool to probe the cosmology.

연구 동기 및 목표

• 적색편이 공간에서의 왜곡이 우주 빈자리의 형태, 특히 타원도 분포에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 타원도 PDF가 로그 성장률 $f(z)$를 측정할 수 있는 잠재적 도구가 될 수 있는지 평가하는 것.
• 희박한 은하 추적자로 인한 포isson 노이즈가 빈자리 형태 정의에 미치는 영향을 다루는 것.
• 적색편이 공간에서의 이방성 타원도를 유지하는 통합 방법을 개발하여, 적색편이 공간 왜곡으로부터 $f(z)$를 추출하는 것.
• 적색편이 공간에서 통합된 빈자리가 선형 방향으로의 연장으로 인해 비영인 타원도를 나타내며, Alcock-Paczynski 효과를 통한 우주론적 테스트가 가능하다는 것을 보여주는 것.

제안 방법

• Park & Lee (2007)의 타원도 PDF를 사용하여 적색편이 공간에서의 빈자리 형태 통계 분포를 모델링한다.
• Zel'dovich 근사를 사용하여 빈자리 내에서의 조임력 왜곡과 특이 속도장을 모델링한다.
• 반경 방향 속도장에 기반하여 적색편이 공간에서의 빈자리 변형을 유도하며, 선형 방향으로의 연장이 타원도를 증가시킨다는 것을 보여준다.
• 타원체 및 납작한 타원체 형태의 빈자리 내 특이 속도장을 모델링하여, $f(z)$, 평균 밀도 대비 차이 $\bar{\delta}$, 실공간 타원도에 의존함을 보여준다.
• 통합된 빈자리에 대해 Alcock-Paczynski 테스트를 적용하여, $f(z)$에 대한 정보를 담고 있는 타원도의 이방성을 탐지한다.
• 해석적 계산에서 구면 조화함수와 베셀 함수를 사용하여 적색편이 공간 왜곡 하에서의 빈자리 형태 변형을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적색편이 공간 왜곡이 우주 빈자리의 타원도 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 빈자리 타원도 PDF의 특징적인 절단점이 로그 성장률 $f(z)$를 제약하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ3 희박한 은하 추적자로 인한 포isson 노이즈가 개별 빈자리의 진정한 타원도 PDF를 얼마나 크게 흐리게 하는가?
• RQ4 빈자리를 통합하면 포isson 노이즈를 완화하고 적색편이 공간 왜곡으로 인한 탐지 가능한 이방성을 유지할 수 있는가?
• RQ5 적색편이 공간에서의 통합된 빈자리 타원도가 Alcock-Paczynski 테스트를 통해 $f(z)$에 대한 측정 가능한 정보를 담고 있는가?

주요 결과

• 적색편이 공간 왜곡은 빈자리의 타원도를 통계적으로 증가시키며, 낮은 타원도 빈자리의 확률이 뚜렷하게 감소한다.
• 타원도 PDF의 특징적인 절단점의 위치는 명시적으로 로그 성장률 $f(z)$에 의해 결정되며, 이는 잠재적인 우주론적 측정 도구가 될 수 있다.
• 빈자리당 소수의 은하로 인한 포isson 노이즈는 타원도 PDF를 심각하게 오염시켜 원래의 분포 형태를 퇄한다.
• 적색편이 공간에서 빈자리를 통합함으로써 선형 방향 연장으로 인한 탐지 가능한 이방성 타원도를 유지할 수 있으며, 이는 $f(z)$ 측정이 가능하게 한다.
• 적색편이 공간에서의 통합된 빈자리 타원도는 적색편이 공간 왜곡으로 인해 비영인 값을 나타내며, Alcock-Paczynski 테스트를 통한 성장률에 대한 직접적인 관측 서식을 제공한다.
• 이 방법은 빈자리 크기에 영향을 받지 않으며, 오직 $f(z)$, $\bar{\delta}$ 및 실공간 타원도에 의존하므로 우주론적 해석을 단순화한다.