[論文レビュー] Extraction of Cosmological Information from WiggleZ

S. R. Hinton|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2016

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本学位論文は、最終WiggleZサーベイにおける2次元非等方的バリオンアコースティック振動（BAO）信号から、多重極およびウェッジデータ形式を用いて宇宙論的パラメータを抽出する。妥当性が確認されたモデルに、WizCOLAシミュレーションから得た共分散行列を適用し、3つの赤方偏移チャンク（z ≈ 0.44, 0.60, 0.73）に対してΩch²、H(z)、DA(z)を成功裏に制約した。得られた結果は平坦ΛCDM宇宙論と整合的である。

ABSTRACT

In this thesis, I analyse the 2D anisotropic Baryon Acoustic Oscillation (BAO) signal present in the final WiggleZ dataset. I utilise newly released covariance matrices from the WizCOLA simulations and follow well tested methodologies used in prior analyses of the BAO signal in alternative datasets. The WiggleZ data is presented in two forms - in multipole expansion and in data wedges - both of which are analysed in this thesis. I test my model against previous one dimensional analyses of the BAO signal in the WiggleZ data and against WizCOLA simulations, and find it to be free of bias or systematic offsets. However, the analysis on the wedge data format was unable to properly constrain cosmological parameters, and thus discarded in favour of the multipole analysis. The multipole analysis determined $Ω_c h^2$, $H(z)$ and $D_A(z)$ for three redshift bins, of effective redshifts $z = 0.44, 0.60$ and $0.73$. The respective constraints on $Ω_c h^2$ are $0.119^{+0.029}_{-0.026}$, $0.151^{+0.038}_{-0.025}$ and $0.140^{+0.036}_{-0.022}$. The fits for $H(z)$ are respectively $87 \pm 16$, $90 \pm 15$ and $82 \pm 13$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$, and for $D_A(z)$ I find values of $1300 \pm 160$, $1300 \pm 180$ and $1350 \pm 160$ Mpc. These cosmological constraints are consistent with Flat $Λ$CDM cosmology.

研究の動機と目的

• 2次元非等方的BAO信号を用いて、WiggleZ最終データセットからの宇宙論的情報を抽出すること。
• 系統的バイアスのないことを保証するため、過去の1次元BAO解析およびWizCOLAシミュレーションとの比較を通じて、解析手法の妥当性を検証すること。
• 宇宙論的パrameter推定における2つのデータ表現形式（多重極展開とデータウェッジ）の性能と一貫性を比較すること。
• WizCOLAシミュレーションから得た改良された共分散行列を用いて、3つの赤方偏移チャンクに対して、モデルに依存しないΩch²、H(z)、DA(z)の強固な制約を生成すること。
• 外部データ比較および尤度解析を用いて、結果が平坦ΛCDMモデルと整合的であることを確認すること。

提案手法

• WiggleZデータセットにおける2次元非等方的BAO信号を、多重極およびウェッジデータ形式に分解して解析に用いる。
• BAOの減衰、非線形成長、マグニフィケーションバイアス、相関関数内の非等方的効果を組み込んだ物理的に妥当なモデルを適用する。
• Markov Chain Monte Carlo（MCMC）技術を用いてモデルをデータにフィットさせ、誤差を伴う宇宙論的パラメータを推定する。
• 従来の対数正規分布に基づく手法よりも誤差推定を改善するため、新しく公開されたWizCOLAシミュレーションの共分散行列を用いる。
• WizCOLAモック実現を用いてモデルの妥当性を検証し、過去の1次元BAO解析と比較することで、系統的バイアスの有無を確認する。
• 赤方偏移チャンク間のデータを統合する際、パラメータ共分散と全データ共分散の2つの共分散推定法を用い、より一貫性のあるアプローチを選択する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多重極およびウェッジデータ形式を用いた2次元非等方的BAOモデルは、WiggleZデータセットから宇宙論的パラメータを正確に抽出できるか？
• RQ2 WizCOLAシミュレーションを用いたテストにおいて、モデルは系統的バイアスを示すか？また、過去の1次元BAO解析と整合的か？
• RQ3 多重極とウェッジのどちらのデータ表現が、より信頼性が高く一貫性のある宇宙論的パラメータ制約を提供するか？
• RQ4 得られたΩch²、H(z)、DA(z)の制約は、平坦ΛCDMモデルおよび外部BAO測定とどのように比較できるか？
• RQ5 WizCOLAから得た共分散行列は、従来の手法と比較して、パラメータの不確実性推定をどの程度改善するか？

主な発見

• 多重極ベースの解析は、WizCOLAシミュレーションおよび過去の1次元解析との比較によって、検出可能なバイアスなしに宇宙論的パラメータを制約した。
• ウェッジベースの解析は内部的に一貫性がなく、重要なパラメータを適切に制約できなかったため、最終結果から除外された。
• 赤方偏移チャンクz ≈ 0.44では、Ωch² = 0.119⁺⁰.⁰²⁹₋₀.⁰²⁶、H(z) = 87 ± 16 km s⁻¹ Mpc⁻¹、DA(z) = 1300 ± 160 Mpcが得られた。
• z ≈ 0.60では、Ωch² = 0.151⁺⁰.⁰³⁸₋₀.⁰²⁵、H(z) = 90 ± 15 km s⁻¹ Mpc⁻¹、DA(z) = 1300 ± 180 Mpcが得られた。
• z ≈ 0.73では、Ωch² = 0.140⁺⁰.⁰³⁶₋₀.⁰²²、H(z) = 82 ± 13 km s⁻¹ Mpc⁻¹、DA(z) = 1350 ± 160 Mpcが得られた。
• すべての制約は、Planck測定および外部BAO測定との比較によって、平坦ΛCDM宇宙論モデルと整合的であることが確認された。