[論文レビュー] Euclid preparation : XXXV. Covariance model validation for the wo-point correlation function of galaxy clusters

Euclid Collaboration, A. Fumagalli+193 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Euclid調査における銀河団の実空間二点相関関数（2PCF）の共分散行列の半アナリティカルモデルを検証する。1,000本のPINOCCHIOライトコーンを用いて、非ポisson的ショットノイズおよびバイアスの不正確さを補正する3つの適合パラメータを備えたモデルをキャリブレーションし、数値的共分散行列と10%以内の一致を達成。宇宙論的制約における図の質（FoM）の差異は、40%から5%に低下した。

ABSTRACT

Aims. We validate a semi-analytical model for the covariance of real-space 2-point correlation function of galaxy clusters. Methods. Using 1000 PINOCCHIO light cones mimicking the expected Euclid sample of galaxy clusters, we calibrate a simple model to accurately describe the clustering covariance. Then, we use such a model to quantify the likelihood analysis response to variations of the covariance, and investigate the impact of a cosmology-dependent matrix at the level of statistics expected for the Euclid survey of galaxy clusters. Results. We find that a Gaussian model with Poissonian shot-noise does not correctly predict the covariance of the 2-point correlation function of galaxy clusters. By introducing few additional parameters fitted from simulations, the proposed model reproduces the numerical covariance with 10 per cent accuracy, with differences of about 5 per cent on the figure of merit of the cosmological parameters $Ω_{ m m}$ and $σ_8$. Also, we find that the cosmology-dependence of the covariance adds valuable information that is not contained in the mean value, significantly improving the constraining power of cluster clustering. Finally, we find that the cosmological figure of merit can be further improved by taking mass binning into account. Our results have significant implications for the derivation of cosmological constraints from the 2-point clustering statistics of the Euclid survey of galaxy clusters.

研究の動機と目的

• Euclid調査における銀河団2PCFの共分散行列の、計算的に効率が良く、半アナリティカルなモデルの開発と検証。
• 共分散モデルの不正確さが、特にΩmおよびσ8の宇宙論的パrameter制約に与える影響の定量化。
• 共分散行列の宇宙論依存性が、平均2PCFにない追加の情報を含むかどうかの評価。
• 質量ビン分割を解析に組み込むことで、宇宙論的制約力がどの程度向上するかの評価。
• 大規模なシミュレーションアンサンブルからの高コストな数値的共分散行列を、適合パラメータを備えた単純なモデルが代替可能かどうかの検討。

提案手法

• 赤方偏移および質量範囲にわたる予想されるEuclid銀河団サンプルを再現するために、PINOCCHIOコードを用いて1,000本のライトコーンをシミュレート。
• これらのシミュレーションから2PCFの数値的共分散行列を計算し、基準基準とする。
• ポisson的ショットノイズをベースラインとするガウス仮定に基づく半アナリティカルモデルを構築。
• 非ポisson的ショットノイズ、バイアスモデルの不正確さ、および高次の非ガウス項の欠落を補正するための3つの調整可能なパラメータ（α, β, γ）を導入。
• シミュレーションを用いて数値的共分散行列にα, β, γを適合させ、ノイズフリーで正確な近似を可能にする。
• 数値的共分散行列とモデルベースの共分散行列の両方を用いて尤度解析を実施し、宇宙論的制約および図の質（FoM）を比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 適合パラメータを備えた単純な半アナリティカルモデルが、銀河団2PCFの数値的共分散行列を正確に再現できるか？
• RQ2 共分散行列の宇宙論依存性が、宇宙論的パrameterに対するクラスタリングの制約力にどのように影響するか？
• RQ3 質量ビン分割が、質量閾値ケースに比べて、2PCFから抽出される宇宙論的情報にどの程度向上をもたらすか？
• RQ4 共分散行列に、平均2PCF値に存在しない宇宙論的情報が含まれているか？
• RQ5 非ガウス項が、特に小スケールおよび高赤方偏移において共分散に及ぼす影響はどの程度顕著か？

主な発見

• 純ガウスモデルにポisson的ショットノイズを適用した場合、非ガウス項の欠落およびバイアスの不正確さにより、高赤方偏移では非対角項で最大50%、対角項で30%の共分散が低く見積もられる。
• モデルに3つの適合パラメータ（α, β, γ）を追加することで、全赤方偏移範囲で数値的共分散行列との差異が10%以内に収まる。
• 適合パラメータを含めると、数値的共分散行列とモデルベース共分散行列のΩmおよびσ8に対する図の質（FoM）の差異は、40%から5%に低下する。
• 宇宙論に依存する共分散行列には、平均2PCFに存在しない追加の情報が含まれており、クラスタリングの制約力が顕著に向上する。
• 質量ビン分割は、特にリッチネス選別銀河団サンプルにおいて、質量観測関係を制約するのに役立つため、質量閾値ケースに比べてFoMが顕著に向上する。
• 共分散の宇宙論依存性を無視すると、事後分布の振幅が偏り、平均2PCFだけでは捉えきれないショットノイズ項に含まれる情報が失われる。