[論文レビュー] Baryon Acoustic Oscillations in the Lyforest of BOSS quasars

J. Rich, S. Bailey+47 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2012

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、BOSSサーベイ（z = 2.1–3.5）の48,640個の高赤方偏移クェーサーのLyαフォrestにおいて、バリオン音響振動（BAO）特徴を検出する。伝送フラックス分率の三次元相関関数を用いて、音速のスケールの1.01 ± 0.03倍の位置にピークを検出しており、z = 2.3で強固なBAO検出が得られ、宇宙論的距離が高精度で制約される。

ABSTRACT

We report a detection of the baryon acoustic oscillation (BAO) feature in the three-dimensional correlation function of the transmitted flux fraction in the Lyα forest of high-redshift quasars. The study uses 48,640 quasars in the redshift range 2.1≤ z≤ 3.5 from the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) of the third generation of the Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III). At a mean redshift z = 2.3, we measure the monopole and quadrupole components of the correlation function for separations in the range 20h −1 Mpc < r < 200h −1 Mpc. A peak in the correlation function is seen at a separation equal to (1.01± 0.03) times the distance ]

研究の動機と目的

• 高赤方偏移クェーサーのLyαフォレストにおけるバリオン音響振動（BAO）特徴を、伝送フラックス分率の三次元相関関数を用いて検出すること。
• Lyαフォレスト相互相関関数におけるBAOスケールを標準定規として用い、z = 2.3における宇宙論的距離を測定すること。
• BOSSサーベイのクェーサー吸収スペクトルを用いて、高赤方偏移における宇宙の膨張歴の制約を改善すること。
• Lyαフォレスト、大規模構造の挑戦的だが豊富な情報を得られるプローブであるが、BAO信号の頑健性を評価すること。

提案手法

• 分析は、赤方偏移範囲2.1 ≤ z ≤ 3.5のBOSSサーベイに属する48,640個のクェーサーのLyαフォレストにおける伝送フラックス分率の三次元相関関数を用いる。
• 相関関数はモノポールおよびクアッドロール成分に分解され、径方向および横方向のクラスタリング情報を抽出する。
• 20h⁻¹ Mpc < r < 200h⁻¹ Mpc の距離範囲が解析され、BAOピークスケールの特定に用いられる。
• BAO特徴は、ドレインエポックにおける音速スケールと整合的なスケールで相関関数にピークとして検出される。
• 観測されたピーク位置を理論的予測である音速スケールと比較することで、測定がキャリブレーションされる。
• クェーサースペクトルのノイズおよびコンティニュウムフィッティングの詳細なモデリングにより、システムティック誤差が最小限に抑えられる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バリオン音響振動特徴は、高赤方偏移クェーサーのLyαフォレストフラックスの三次元相関関数に現れるか？
• RQ2 z = 2.3におけるLyαフォレスト相関関数のBAOピークの測定スケールは何か？
• RQ3 BOSSクェーサーのLyαフォレストを用いて、BAOスケールはどの程度の精度で測定可能か？
• RQ4 Lyαフォレストは、z ≈ 2.3でどの程度の頑健な宇宙論的距離測定を可能にするか？
• RQ5 観測されたBAOスケールは、ドレインエポックにおける理論的音速スケールとどの程度一致するか？

主な発見

• 伝送フラックス分率の三次元相関関数に、音速スケールの1.01 ± 0.03倍の距離で明確なピークが検出された。
• 20h⁻¹ Mpc < r < 200h⁻¹ Mpc のスケール範囲において、相関関数のモノポールおよびクアッドロール成分の両方でBAO特徴が強固に測定された。
• z = 2.3における測定されたBAOスケールは、標準宇宙論モデルの予測と整合的であり、Lyαフォレストを宇宙論的プローブとして用いる妥当性が裏付けられた。
• 測定精度（1.01 ± 0.03）のおかげで、高赤方偏移における高精度な距離制約が可能となった。
• 検出結果は、クェーサースペクトルのLyαフォレストを用いて宇宙距離-赤方偏移関係をプローブする可能性を示した。
• 結果は、z > 2における宇宙の膨張歴を測定するためのLyαフォレストの強力なツールとしての有用性を支持している。