[论文解读] Impact of Point Spread Function Higher Moments Error on Weak Gravitational Lensing

Tianqing Zhang, Rachel Mandelbaum+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用 8

一句话总结

本研究通过图像模拟和实际HSC数据，调查了点扩散函数（PSF）模型高阶矩误差对弱引力透镜剪切测量的影响。结果发现，此类误差导致约0.05%的乘性剪切偏差——对当前巡天可忽略不计，但对未来LSST宇宙学分析可能具有重要意义。

ABSTRACT

Weak gravitational lensing is one of the most powerful tools for cosmology, while subject to challenges in quantifying subtle systematic biases. The Point Spread Function (PSF) can cause biases in weak lensing shear inference when the PSF model does not match the true PSF that is convolved with the galaxy light profile. Although the effect of PSF size and shape errors - i.e., errors in second moments - is well studied, weak lensing systematics associated with errors in higher moments of the PSF model require further investigation. The goal of our study is to estimate their potential impact for LSST weak lensing analysis. We go beyond second moments of the PSF by using image simulations to relate multiplicative bias in shear to errors in the higher moments of the PSF model. We find that the current level of errors in higher moments of the PSF model in data from the Hyper Suprime-Cam (HSC) survey can induce a $\sim 0.05 $ per cent shear bias, making this effect unimportant for ongoing surveys but relevant at the precision of upcoming surveys such as LSST.

研究动机与目标

• 评估PSF模型高阶矩不准确导致的弱透镜剪切测量系统性偏差。
• 评估在LSST等高精度巡天的严格系统性要求下，此类偏差是否具有显著影响。
• 量化PSF峰度（径向四阶矩）误差对剪切推断的影响，使用真实星系群体进行分析。
• 通过识别对高阶PSF矩 fidelity 的监控需求，为未来PSF建模发展提供指导。

提出的方法

• 使用GalSim模拟生成经过受控高阶矩误差PSF卷积的真实星系图像。
• 应用加权剪切测量方法，从PSF模型高阶矩误差中估计乘性偏差。
• 利用真实HSC公开数据发布1（PDR1）数据校准PSF模型峰度误差，以获得现实的误差分布。
• 使用COSMOS参数星系星等表模拟星系大小、形状和Sérsic指数分布，以模拟剪切偏差。
• 定义并计算红移依赖的乘性偏差m0，以评估其宇宙学影响。
• 在不同红移区间比较结果，以确定偏差的红移依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 PSF高阶矩（特别是径向峰度）误差引入的乘性剪切偏差有多大？
• RQ2 考虑到剪切响应依赖于星系大小，该偏差如何随星系红移和视大小变化？
• RQ3 PSF高阶矩误差引起的剪切偏差对当前巡天（如HSC、DES）是否显著，还是仅对未来的LSST巡天具有影响？
• RQ4 PSF建模中高阶矩误差对弱透镜剪切测量总系统性不确定性的贡献有多大？
• RQ5 这对未来PSF建模算法和巡定义证流程有何影响？

主要发现

• PSF模型径向四阶矩（峰度）误差在LSST Y10需求条件下，导致约0.05%的乘性剪切偏差。
• 该偏差对当前巡天（如HSC、DES和KiDS）可忽略不计，因为其统计误差更大，且系统性偏差已控制在亚百分之一水平。
• 剪切偏差具有红移依赖性，主要源于剪切响应对星系视大小的依赖性，而视大小随红移变化。
• PSF模型倾向于高估较小PSF的峰度，这在模拟校准中贡献了系统性误差。
• 本研究证明，未来LSST及类似巡天的PSF建模流程必须明确监控高阶PSF矩的保真度。
• 结果强调，未来工作需分析各高阶矩的独立影响，并建立其建模精度的正式要求。