[论文解读] Improved WiggleZ Dark Energy Survey Distance Measurements to z = 1 with Reconstruction of the Baryonic Acoustic Feature

Eyal Kazin, Jun Koda+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 18

一句话总结

该论文通过应用重子声学特征的重建技术，改进了WiggleZ暗能量巡天的宇宙距离测量，使在红移 $ z \approx $ 0.44、0.6 和 0.73 处的 $ D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}}) $ 测量精度达到 3.4%–4.8%，相当于体积增加至WiggleZ的2.5倍的巡天。结果与平坦ΛCDM模型一致，并约束了 $ H_0 = 67.15 \pm 0.98 $ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1} $。

ABSTRACT

We present significant improvements in cosmic distance measurements from the WiggleZ Dark Energy Survey, achieved by applying the reconstruction of the baryonic acoustic feature technique. We show using both data and simulations that the reconstruction technique can often be effective despite patchiness of the survey, significant edge effects and shot-noise. We investigate three redshift bins in the redshift range 0.2<$z$<1, and in all three find improvement after reconstruction in the detection of the baryonic acoustic feature and its usage as a standard ruler. We measure model independent distance measures $D_{\mathrm V}(r_{\mathrm s}^\mathrm{fid}/r_{\mathrm s})$ of 1716 $\pm$ 83 Mpc, 2221 $\pm$ 101 Mpc, 2516 $\pm$ 86 Mpc (68% CL) at effective redshifts z = 0.44, 0.6, 0.73, respectively, where $D_{\mathrm V}$ is the volume-average-distance, and $r_{\mathrm s}$ is the sound horizon at the end of the baryon drag epoch. These significantly improved 4.8, 4.5 and 3.4 percent accuracy measurements are equivalent to those expected from surveys with up to 2.5 times the volume of WiggleZ. These measurements are fully consistent with cosmologies allowed by the analyses of the Planck Collaboration and the Sloan Digital Sky Survey.We provide the $D_{\mathrm V}(r_{\mathrm s}^\mathrm{fid}/r_{\mathrm s})$ posterior probability distributions and their covariances. When combining these measurements with temperature fluctuations measurements of Planck, the polarization of WMAP9, and the 6dF Galaxy Survey baryonic acoustic feature, we do not detect deviations from a flat LCDM model. Assuming this model we constrain the current expansion rate to $H_0$ = 67.15 $\pm$ 0.98 kms$^{-1}$Mpc$^{-1}$. Allowing the equation of state of dark energy to vary we obtain $w_\mathrm{DE}$ = -1.080 $\pm$ 0.135. When assuming a curved LCDM model we obtain a curvature value of $\Omega_{\mathrm K}$ = -0.0043 $\pm$ 0.0047.

研究动机与目标

• 通过重子声学特征的重建技术，改进WiggleZ暗能量巡天的宇宙距离测量。
• 评估在巡天区域不连续性、边缘效应和星系计数噪声存在的情况下，重建技术的有效性。
• 在 $ z \approx $ 0.44、0.6 和 0.73 处提供精确且模型无关的体积平均距离 $ D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}}) $ 测量。
• 检验结果与平坦ΛCDM模型的一致性，并约束包括 $ H_0 $、$ w_{\mathrm{DE}} $ 和 $ \Omega_{\mathrm{K}} $ 在内的宇宙学参数。

提出的方法

• 将重子声学特征重建技术应用于WiggleZ星系聚类数据，以减少宽带平滑效应，提高声学峰检测的精度。
• 利用模拟数据验证在包含区域不连续性和边缘效应等真实巡天条件下的重建技术有效性。
• 在三个红移窗口（$ z = 0.44 $、$ 0.6 $ 和 $ 0.73 $）测量 $ D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}}) $，作为模型无关的距离指示器。
• 将WiggleZ测量结果与Planck CMB温度涨落、WMAP9极化数据以及6dF星系巡天数据结合，以约束宇宙学参数。
• 推导 $ D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}}) $ 的后验概率分布及其协方差，以支持稳健的参数估计。
• 通过似然分析评估包括平坦ΛCDM、变化的 $ w_{\mathrm{DE}} $ 和曲率LCDM在内的宇宙学模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在如WiggleZ般具有区域不连续性、噪声较大的巡天中，重子声学特征重建技术能否显著提升距离测量精度？
• RQ2 重建技术在多大程度上缓解了巡天边缘效应和星系计数噪声对距离估计的影响？
• RQ3 在 $ z \approx $ 0.44、0.6 和 0.73 处，所得到的 $ D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}}) $ 测量精度如何？
• RQ4 改进后的测量是否能检测出与平坦ΛCDM模型的偏离，或对 $ H_0 $ 和 $ w_{\mathrm{DE}} $ 提供更严格的约束？
• RQ5 当允许非平坦几何时，曲率 $ \Omega_{\mathrm{K}} $ 的约束结果如何？

主要发现

• 尽管存在区域不连续性、边缘效应和星系计数噪声，重建技术仍显著提升了WiggleZ巡天中重子声学特征的检测能力。
• 测得的 $ D_{\mathrm{V}}(r_{\mathrm{s}}^{\mathrm{fid}}/r_{\mathrm{s}}) $ 值分别为：$ z = 0.44 $ 时为 1716 ± 83 Mpc，$ z = 0.6 $ 时为 2221 ± 101 Mpc，$ z = 0.73 $ 时为 2516 ± 86 Mpc，精度达3.4%–4.8%。
• 该精度水平等价于WiggleZ巡天体积扩大至2.5倍时的测量水平。
• 测量结果与Planck和斯隆数字巡天分析所支持的平坦ΛCDM模型完全一致。
• 在平坦ΛCDM假设下，结合Planck和WMAP9数据，得到 $ H_0 = 67.15 \pm 0.98 $ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1} $。
• 当允许 $ w_{\mathrm{DE}} $ 变化时，得到 $ w_{\mathrm{DE}} = -1.080 \pm 0.135 $；在曲率LCDM模型下，得到 $ \Omega_{\mathrm{K}} = -0.0043 \pm 0.0047 $。