[論文レビュー] Cosmic shear analysis of archival HST/ACS data: I. Comparison of early ACS pure parallel data to the HST/GEMS Survey

T. Schrabback, T. Erben+10 more|ArXiv.org|Jun 25, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 105被引用数 51

ひとこと要約

本研究は、アーカイブ済みのハッブル宇宙望遠鏡/ACSデータを用いた宇宙のせん断解析を提示し、時間に依存するPSF補正法を新たに開発した。この手法により、系統的せん断誤差が<2×10⁻⁶にまで低減された。GEMSおよびGOODS-CDFSデータの解析から、単一の領域におけるσ₈の低値推定値0.52⁺⁰.¹¹₋₀.¹⁵（統計誤差）±0.07（系統誤差）が得られ、これは前方構造における局所的な低密度領域に起因する宇宙のばらつきによるものと解釈される。

ABSTRACT

This is the first paper of a series describing our measurement of weak lensing by large-scale structure using archival observations from the Advanced Camera for Surveys (ACS) on board the Hubble Space Telescope (HST). In this work we present results from a pilot study testing the capabilities of the ACS for cosmic shear measurements with early parallel observations and presenting a re-analysis of HST/ACS data from the GEMS survey and the GOODS observations of the Chandra Deep Field South (CDFS). We describe our new correction scheme for the time-dependent ACS PSF based on observations of stellar fields. This is currently the only technique which takes the full time variation of the PSF between individual ACS exposures into account. We estimate that our PSF correction scheme reduces the systematic contribution to the shear correlation functions due to PSF distortions to &lt; 2*10^{-6} for galaxy fields containing at least 10 stars. We perform a number of diagnostic tests indicating that the remaining level of systematics is consistent with zero for the GEMS and GOODS data confirming the success of our PSF correction scheme. For the parallel data we detect a low level of remaining systematics which we interpret to be caused by a lack of sufficient dithering of the data. Combining the shear estimate of the GEMS and GOODS observations using 96 galaxies arcmin^{-2} with the photometric redshift catalogue of the GOODS-MUSIC sample, we determine a local single field estimate for the mass power spectrum normalisation sigma_{8,CDFS}=0.52^{+0.11}_{-0.15} (stat) +/- 0.07 (sys) (68% confidence assuming Gaussian cosmic variance) at fixed Omega_m=0.3 for a LambdaCDM cosmology. We interpret this exceptionally low estimate to be due to a local under-density of the foreground structures in the CDFS.

研究の動機と目的

• 初期のHST/ACS純粋並列観測を用いた宇宙のせん断測定の可能性を評価すること。
• ACSデータに適した時間に依存するPSF補正スキームを構築し、弱引力レンズ測定における系誤差を最小限に抑えること。
• ACS並列データからの宇宙のせん断結果をGEMS調査およびGOODS-CDFS領域の結果と比較すること。
• CDFS領域におけるσ₈推定値に及ぼす宇宙のばらつきおよび前方構造の低密度の影響を調査すること。
• せん断測定における系誤差を定量化し、PSF補正手法の信頼性を検証すること。

提案手法

• 星の分布を用いて、ACSのPSFの時間的変化を完全にモデル化することで、時間に依存するPSF補正スキームを新たに開発した。
• フィールド内の星像を用いてPSFの時間的変化をフィッティングすることで、PSFに起因するせん断系誤差を補正した。
• GEMSおよびGOODS-CDFSデータを用いた診断テストを通じて、残存する系誤差の有無を検証し、せん断相関関数を計算した。
• GOODS-MUSICカタログからの光度赤方偏移を用いて、源の赤方偏移分布を推定し、σ₈を計算した。
• 統計誤差を、ハッブル定数および赤方偏移分布の不確実性を統合して取り扱うことで、誤差を伝搬させた。
• GEMSおよびGOODS-CDFSの両方のデータを組み合わせ、1アングスツルム²あたり96個の銀河を用いて、単一領域のσ₈推定値を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 適切なPSF補正を施した場合、アーカイブ済みのHST/ACS純粋並列データから信頼できる宇宙のせん断測定が得られるか？
• RQ2 時間に依存するPSF補正スキームは、弱引力レンズせん断測定における系誤差をどれほど効果的に低減できるか？
• RQ3 CDFS領域における測定されたσ₈が他の宇宙のせん断調査と顕著に低いのはなぜか？
• RQ4 CDFS領域における低値のσ₈推定値は、どれほど前方の低密度構造に起因する宇宙のばらつきによるものか？
• RQ5 PSF補正手法は、他のせん断測定技術と比較して、系誤差の制御においてどの程度優れているか？

主な発見

• 時間に依存するPSF補正スキームにより、10個以上の星が存在するフィールドでは、系統的せん断誤差が<2×10⁻⁶にまで低減され、これは予想される宇宙論的シグナルの5%未満に相当する。
• 診断テストの結果、GEMSおよびGOODS-CDFSデータにおいて、残存する系誤差はゼロと整合的であることが確認され、PSF補正手法の妥当性が裏付けられた。
• 並列データに残存する微小な系誤差は、十分なジッタリングが行われていないことによるものであり、データ品質の制限要因であると特定された。
• CDFS領域の単一領域におけるσ₈推定値はσ₈,CDFS = 0.52⁺⁰.¹¹₋₀.¹⁵（統計誤差）±0.07（系統誤差）であり、他の調査と比較して顕著に低い。
• 低値のσ₈は、CDFS領域の前方構造に局所的な低密度が存在するための宇宙のばらつきに起因すると解釈され、やや赤い銀河の不足という独立した証拠によって裏付けられている。
• この分析から、CDFS領域は特に低密度であると示唆され、ガウス的仮定のもとでは宇宙のばらつき誤差が約1.7倍低く見積もられていたことが判明し、乖離の有意性は約2σにまで低下した。