[논문 리뷰] Galaxy–galaxy lensing with the DES-CMASS catalogue: measurement and constraints on the galaxy-matter cross-correlation

S. Lee, M. A. Troxel외 91명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 94인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 DES Y1 설문에서 중력 렌즈로 사용된 DES-CMASS(DMASS) 샘플을 이용하여 은하-은하 렌즈 효과를 고의미도로 측정한다. 총 신호 대 잡음비는 25.7에 도달한다. 렌즈 효과와 군집 데이터를 동시에 피팅함으로써 은하-물질 교차상관계 계수 rcc ≈ 1.06–1.09를 도출하였으며, 이는 DMASS 샘플이 DES 영역 내 BOSS CMASS 은하에서 예상되는 렌즈 신호와 통계적으로 일관됨을 나타내며, 향후 DES-BOSS 공동 우주론 분석에서 우주론적으로 동치로 간주될 수 있음을 검증한다.

ABSTRACT

The DMASS sample is a photometric sample from the DES Year 1 data set designed to replicate the properties of the CMASS sample from BOSS, in support of a joint analysis of DES and BOSS beyond the small overlapping area. In this paper, we present the measurement of galaxy–galaxy lensing using the DMASS sample as gravitational lenses in the DES Y1 imaging data. We test a number of potential systematics that can bias the galaxy–galaxy lensing signal, including those from shear estimation, photometric redshifts, and observing conditions. After careful systematic tests, we obtain a highly significant detection of the galaxy–galaxy lensing signal, with total S/N = 25.7. With the measured signal, we assess the feasibility of using DMASS as gravitational lenses equivalent to CMASS, by estimating the galaxy-matter cross-correlation coefficient rcc. By jointly fitting the galaxy–galaxy lensing measurement with the galaxy clustering measurement from CMASS, we obtain rcc = 1.09+−001211 for the scale cut of 4 h−1 Mpc and rcc = 1.06+−001312 for 12 h−1 Mpc in fixed cosmology. By adding the angular galaxy clustering of DMASS, we obtain rcc = 1.06 ± 0.10 for the scale cut of 4 h−1 Mpc and rcc = 1.03 ± 0.11 for 12 h−1 Mpc. The resulting values of rcc indicate that the lensing signal of DMASS is statistically consistent with the one that would have been measured if CMASS had populated the DES region within the given statistical uncertainty. The measurement of galaxy–galaxy lensing presented in this paper will serve as part of the data vector for the forthcoming cosmology analysis in preparation.

연구 동기 및 목표

• DES Y1 영상 데이터에서 DES-CMASS(DMASS) 샘플을 중력 렌즈로 사용하여 은하-은하 렌즈 효과를 측정한다.
• 렌즈 효과에 편향을 줄 수 있는 시스템적 오차, 즉 편향 추정, 광학적 적색편이, 관측 조건에 대한 시험과 보완 조치를 수행한다.
• 은하-물질 교차상관관계 계수 rcc를 정량화하여 DMASS 샘플이 BOSS CMASS와 우주론적으로 동치로 간주될 수 있는지 평가한다.
• 향후 DES와 BOSS의 공동 우주론 분석을 위한 데이터 벡터로 사용될 수 있도록 校정된 렌즈 신호를 제공한다.

제안 방법

• DES Y1 영상 데이터에서 전경 은하 주변의 탄성 편향을 측정하여 은하-은하 렌즈 효과를 분석하며, 시스템적 오차에 대비하여 렌즈 신호를 校정한다.
• 편향 추정, 광학적 적색편이, 관측 조건에 대한 시스템적 테스트를 수행하여 렌즈 신호의 신뢰성을 확보한다.
• 측정된 은하-은하 렌즈 효과와 BOSS CMASS 샘플의 은하 군집 데이터를 동시에 피팅하여 은하-물질 교차상관관계 계수 rcc를 추정한다.
• 통계적 정밀도를 향상시키기 위해 DMASS의 각도 기반 은하 군집 데이터를 공동 피팅에 포함시켜 추가 제약 조건을 도출한다.
• 고정된 우주론 모델을 사용하고, 4h⁻¹ Mpc 및 12h⁻¹ Mpc에서 스케일 컷을 적용하여 다양한 스케일에서 rcc를 평가한다.
• 통계적 불확실성과 공분산은 몬테카를로 방법을 사용하여 전파하며, 결과는 다중 일관성 검증을 통해 검증된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DES-CMASS(DMASS) 샘플을 이용한 은하-은하 렌즈 효과 측정 결과가, DES 영역 내 BOSS CMASS 은하에서 예상되는 것과 통계적으로 일치하는가?
• RQ2 광학적 적색편이라도 스펙트럼적 적색편이 없고, 이에 따라 약간의 시스템적 오차가 존재하는 DMASS 샘플이 약한 렌즈 분석에서 CMASS의 유효한 대체 샘플로 사용될 수 있는가?
• RQ3 렌즈 효과와 군집 측정 결과를 DMASS와 CMASS에서 동시에 조합했을 때, 은하-물질 교차상관관계 계수 rcc의 값은 얼마이며, 이상적인 값인 1과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ4 편향 추정 오차, 광학적 적색편이 편향, 관측 조건 등의 시스템적 오차가 렌즈 신호에 어떤 영향을 미치며, 이는 효과적으로 보완될 수 있는가?

주요 결과

• 총 신호 대 잡음비가 25.7에 도달하는 매우 높은 의의를 가진 은하-은하 렌즈 신호가 측정되었으며, 이는 측정의 강건성을 확인한다.
• CMASS 군집 데이터와 함께 공동 피팅했을 때, 4h⁻¹ Mpc에서 rcc = 1.09⁺⁰.¹²₋₀.¹₁, 12h⁻¹ Mpc에서 rcc = 1.06⁺⁰.¹³₋₀.¹₂로 측정되었다.
• DMASS의 각도 기반 은하 군집 데이터를 포함시켰을 경우, 4h⁻¹ Mpc에서 rcc = 1.06 ± 0.10, 12h⁻¹ Mpc에서 rcc = 1.03 ± 0.11로 도출되었으며, 모두 1σ 범위 내에서 1과 일치한다.
• 결과는 DMASS에서의 렌즈 신호가 DES 영역 내 CMASS 은하에서 예상되는 것과 통계적으로 일치함을 나타내며, DMASS가 우주론적으로 동치로 간주될 수 있음을 검증한다.
• 본 연구에서 제시된 校정된 렌즈 신호는 향후 DES와 BOSS의 공동 우주론 분석을 위한 데이터 벡터로 적합하다.
• 시스템적 테스트 결과, 편향 추정, 광학적 적색편이, 관측 조건이 보고된 불확실성 범위 내에서 렌즈 신호에 유의미한 편향을 주지 않음을 확인하였다.