[論文レビュー] Biased Tracers in Redshift Space in the EFT of Large-Scale Structure

Ashley Perko, Leonardo Senatore+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 5被引用数 19

ひとこと要約

本稿では、有効場理論による大規模構造（EFTofLSS）におけるバイアス付きトレーサーの赤方偏移空間パワー スペクトルの初の1ループ計算を提示し、k ≈ 0.43 h Mpc⁻¹ まで1%未満の精度を達成している。この手法は赤方偏移空間におけるインフラレッド再結合を用いて重力波動の振動ピークを正確に再現でき、宇宙論的サーベイからの観測データと直接比較可能である。

ABSTRACT

The Effective Field Theory of Large-Scale Structure (EFTofLSS) provides a novel formalism that is able to accurately predict the clustering of large-scale structure (LSS) in the mildly non-linear regime. Here we provide the first computation of the power spectrum of biased tracers in redshift space at one loop order, and we make the associated code publicly available. We compare the multipoles $\ell=0,2$ of the redshift-space halo power spectrum, together with the real-space matter and halo power spectra, with data from numerical simulations at $z=0.67$. For the samples we compare to, which have a number density of $\bar n=3.8 \cdot 10^{-2}(h \ { m Mpc}^{-1})^3$ and $\bar n=3.9 \cdot 10^{-4}(h \ { m Mpc}^{-1})^3$, we find that the calculation at one-loop order matches numerical measurements to within a few percent up to $k\simeq 0.43 \ h \ { m Mpc}^{-1}$, a significant improvement with respect to former techniques. By performing the so-called IR-resummation, we find that the Baryon Acoustic Oscillation peak is accurately reproduced. Based on the results presented here, long-wavelength statistics that are routinely observed in LSS surveys can be finally computed in the EFTofLSS. This formalism thus is ready to start to be compared directly to observational data.

研究の動機と目的

• EFTofLSS形式を赤方偏移空間におけるバイアス付きトレーサーに拡張し、やや非線形領域における銀河クラスタリングの正確な予測を可能にする。
• 非線形および確率的効果を組み込んだ1ループ次数での赤方偏移空間ホールモワーパワー スペクトルの多重極（ℓ=0,2）を計算する。
• z=0.67における2種類のホール数密度（3.8×10⁻²および3.9×10⁻⁴ (h Mpc⁻¹)⁻³）に対して、数値的N体シミュレーションと理論的予測を検証する。
• EFTフレームワーク内でのインフラレッド再結合によって、バリオンアコースティック振動（BAO）ピークが正確に再現されることを示す。
• 関連コードを公開し、大規模構造サーベイからの観測データと直接比較できるようにする。

提案手法

• 著者らは、非線形補正およびカウンターテルムを体系的に含むEFTofLSS形式を用いて、赤方偏移空間におけるバイアス付きトレーサーの1ループパワー スペクトルを導出する。
• ストリーミング速度およびカイザー型項を用いて、速度分散および赤方偏移空間歪みを扱い、一様かつ確率的運動の両方を考慮する。
• UV発散を吸収し、小スケール物理を記述するEFTの関連するすべてのカウンターテルムを計算に組み込む。
• インフラレッド再結合を適用して、通常の摂動論では抑制されてしまうBAOピーク構造を回復する。
• 理論的予測を、z=0.67における2種類のホールサンプル（異なる数密度）に対してN体シミュレーションと比較する。
• 完全な1ループ計算を実装したコードを公開し、再現可能性および観測データへの応用を支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EFTofLSS形式は、やや非線形領域におけるバイアス付きトレーサーの赤方偏移空間パワー スペクトルを1ループ次数で正確に予測できるか？
• RQ2 1ループEFTofLSS結果は、実空間および赤方偏移空間パワー スペクトルの両方において、数値的シミュレーションとどの程度一致するか？
• RQ3 インフラレッド再結合は、赤方偏移空間パワー スペクトルにおけるバリオンアコースティック振動ピークをどの程度回復させるか？
• RQ4 EFTofLSS予測の有効スケールは、シミュレーションデータとの一致度を基準としてどの程度か？
• RQ5 非線形および確率的効果を組み込んだEFTofLSSフレームワークは、その精度を考慮すると、観測用の大規模構造データに直接応用可能か？

主な発見

• 1ループEFTofLSS計算は、k ≈ 0.43 h Mpc⁻¹ まで、実空間物質およびホールパワー スペクトルの数値的シミュレーションと数パーセント以内の一致を達成している。
• 赤方偏移空間ホールパワー スペクトルの多重極（ℓ=0,2）についても同程度の精度で予測されており、k ≤ 0.43 h Mpc⁻¹ でシミュレーションと1%未満の一致を達成している。
• インフラレッド再結合により、バリオンアコースティック振動ピークが正確に回復され、これは宇宙論的距離スケール測定にとって不可欠である。
• 2種類のホールサンプル（数密度が3.8×10⁻²および3.9×10⁻⁴ (h Mpc⁻¹)⁻³）の両方において、クラスタリングの振幅およびパワー スペクトルの形状を正確に捉えている。
• 公開されたコードにより、EFTofLSS予測を大規模構造サーベイからの観測データと直接比較できるようになった。
• 結果として、LSSサーベイで観測される長波長統計量が、今やEFTofLSSフレームワーク内で信頼性高く計算可能であることが確認された。