[논문 리뷰] DESI Peculiar Velocity Survey -- Fundamental Plane

Khaled Saïd, Cullan Howlett외 53명|arXiv (Cornell University)|2024. 08. 25.

Inertial Sensor and Navigation참고 문헌 108인용 수 9

한 줄 요약

DESI Peculiar Velocity Survey의 초기 Fundamental Plane 분석은 Survey Validation 데이터를 사용하여 초기형 은하의 거리와 peculiar velocity를 측정하고 FP 제로포인트 보정을 통해 H0를 도출합니다.

ABSTRACT

The Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) Peculiar Velocity Survey aims to measure the peculiar velocities of early and late type galaxies within the DESI footprint using both the Fundamental Plane and optical Tully-Fisher relations. Direct measurements of peculiar velocities can significantly improve constraints on the growth rate of structure, reducing uncertainty by a factor of approximately 2.5 at redshift 0.1 compared to the DESI Bright Galaxy Survey's redshift space distortion measurements alone. We assess the quality of stellar velocity dispersion measurements from DESI spectroscopic data. These measurements, along with photometric data from the Legacy Survey, establish the Fundamental Plane relation and determine distances and peculiar velocities of early-type galaxies. During Survey Validation, we obtain spectra for 6698 unique early-type galaxies, up to a photometric redshift of 0.15. 64\% of observed galaxies (4267) have relative velocity dispersion errors below 10\%. This percentage increases to 75\% if we restrict our sample to galaxies with spectroscopic redshifts below 0.1. We use the measured central velocity dispersion, along with photometry from the DESI Legacy Imaging Surveys, to fit the Fundamental Plane parameters using a 3D Gaussian maximum likelihood algorithm that accounts for measurement uncertainties and selection cuts. In addition, we conduct zero-point calibration using the absolute distance measurements to the Coma cluster, leading to a value of the Hubble constant, $H_0 = 76.05 \pm 0.35$(statistical) $\pm 0.49$(systematic FP) $\pm 4.86$(statistical due to calibration) $\mathrm{km \ s^{-1} Mpc^{-1}}$. This $H_0$ value is within $2σ$ of Planck Cosmic Microwave Background results and within $1σ$, of other low redshift distance indicator-based measurements.

연구 동기 및 목표

• 성장률의 제약과 H0에 대한 직접적인 peculiar velocity 측정의 사용을 개선하기 위해 촉진한다.
• 속도분산 및 광측정 데이터를 이용하여 DESI FP 데이터로 Fundamental Plane 관계를 수립한다.
• DESI 스펙트럼에서 DESI stellar velocity dispersions의 데이터 품질을 평가하고 선택 효과를 고려한 강건한 FP 피팅을 구현한다.
• Coma 은하단의 거리로 FP 제로포인트를 보정하여 허블 상수를 추정한다.
• DESI SV 데이터에서 FP 기반 거리 및 peculiar velocity의 초기 카탈로그를 제공한다.

제안 방법

• DESI Legacy Imaging Surveys의 중심 속도 분산(sigma0)과 r-밴드 광측정을 사용하여 Fundamental Plane을 구성한다: log Re = a log sigma0 + b log Ie + c.
• r-밴드 반광도 반경에서 θ_e와 이심률로 각도에서 물리적 Re를 계산한 후 CMB 프레임에서 z에 따라 kpc h^-1로 변환한다.
• r-밴드 모델 플럭스와 수정(진화, 감쇠, K-보정) 및 각도 크기를 반영하여 log Ie = 0.4(Msun_r - m_r - 0.85 zcmb) - log(2 pi theta_e^2) + 4 log(1+zhelio) + 2 log(206265/10)로 Ie를 추정한다.
• DESI 파란 팔 스펙트럼과 Indo-U.S. 템플릿 라이브러리를 사용하여 pPXF로 sigma0 및 불확실성을 측정하고, 이용 가능하면 최종 sigma0에 대해 전체 깊이 DESI 스펙트럼을 사용한다.
• 측정 오차와 선택 효과를 반영하는 3D 가우시안 최대우도 방법으로 FP 매개변수(a, b, c)를 피팅한다.
• Coma 은하단에 대한 절대 거리로 FP 제로포인트를 보정하여 H0를 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DESI FP 은하 샘플에 대해 DESI 광측정 및 SV 분광학을 사용한 Fundamental Plane은 무엇인가?
• RQ2 속도분산 측정 품질과 선택 컷이 FP 거리 및 peculiar velocity에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 Survey Validation 동안 DESI 스펙트리드에서 FP 기반 거리 및 peculiar velocity는 어떤 값을 얻을 수 있는가?
• RQ4 Coma 거리 기반 FP 제로포인트 보정을 통해 얻은 H0 값은 Planck CMB 결과 및 다른 저z 거리 지시자 측정과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• SV 데이터에서 광측정 선택 및 품질 컷과 교차 매칭된 6698 FP 은하가 확인되었다.
• 관측된 FP 은하의 64%가 상대적 속도분산 오차를 10% 미만으로 가지며; 분광적 적색편이 z < 0.1인 경우 그 비율은 75%까지 상승한다.
• FP 피팅으로 얻은 H0 = 76.05 ± 0.35 (stat) ± 0.49 (systematic FP) ± 4.86 (statistical due to calibration) km s^-1 Mpc^-1.
• H0 값은 Planck CMB 결과의 2 시그마 이내이며 다른 저z 거리 지시자 측정의 1 시그마 이내이다.
• 이 연구는 DESI SV 데이터를 FP 기반 거리 및 peculiar velocity 측정 및 Coma 거리 기반 FP 제로포인트 보정에 활용할 수 있음을 보여준다.
• 이 분석은 측정 불확실성과 선택 효과를 포함하는 3D 가우시안 최대우도 FP 피팅을 사용한다.