[论文解读] Mapping the Real Space Distributions of Galaxies in SDSS DR7: II. Measuring the growth rate, linear mass variance and biases of galaxies at redshift 0.1

Feng Shi, Xiaohu Yang+10 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 5

一句话总结

该论文将一种实空间星系映射方法扩展至流量受限样本，利用模拟星系星表验证其在恢复实空间相关函数和星系偏置方面的准确性。该方法应用于SDSS DR7数据，在 $z=0.1$ 处测得增长速率 $f\sigma_8 = 0.464^{+0.040}_{-0.040}$，与WMAP9结果一致，并通过在不同星等区间结合集聚和弱引力透镜数据，打破了 $f$、$\sigma_8$ 和偏置之间的混淆关系。

ABSTRACT

We extend the real-space mapping method developed in Shi et at. (2016) so that it can be applied to flux-limited galaxy samples. We use an ensemble of mock catalogs to demonstrate the reliability of this extension, showing that it allows for an accurate recovery of the real-space correlation functions and galaxy biases. We also demonstrate that, using an iterative method applied to intermediate-scale clustering data, we can obtain an unbiased estimate of the growth rate of structure $f\sigma_8$, which is related to the clustering amplitude of matter, to an accuracy of $\sim 10\%$. Applying this method to the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 7 (DR7), we construct a real-space galaxy catalog spanning the redshift range $0.01 \leq z \leq 0.2$, which contains 584,473 galaxies in the north Galactic cap (NGC). Using this data, we infer $\fss$ at a median redshift $z=0.1$, which is consistent with the WMAP9 cosmology at the $1\sigma$ level. By combining this measurement with the real-space clustering of galaxies and with galaxy-galaxy weak lensing measurements for the same sets of galaxies, we are able to break the degeneracy between $f$, $\sigma_8$, and $b$. From the SDSS DR7 data alone, we obtain the following cosmological constraints at redshift $z=0.1$: $f=$$0.464^{+0.040}_{-0.040}$, $\sigma_8=0.769^{+0.121}_{-0.089}$, and $b=1.910^{+0.234}_{-0.268}$, $1.449^{+0.194}_{-0.196}$, $1.301^{+0.170}_{-0.177}$, and $1.196^{+0.159}_{-0.161}~$ for galaxies within different absolute magnitude bins $^{0.1}{ m M}_r-5\log h=[-23,0, -22.0], [-22,0, -21.0], [-21.0, -20.0]$ and $[-20.0, -19.0]$, respectively.

研究动机与目标

• 将实空间映射方法扩展至流量受限的星系样本，这类样本在观测巡天中很常见，但因基于星等的选源效应而难以分析。
• 利用集合模拟星表验证该方法在恢复实空间相关函数和星系偏置方面的准确性。
• 通过在中等尺度集聚数据上应用迭代方法，以约10%的精度测量 $z=0.1$ 处结构增长速率 $f\sigma_8$。
• 结合实空间集聚与星系-星系弱引力透镜测量，打破 $f$、$\sigma_8$ 和偏置在宇宙学约束中的混淆关系。
• 利用SDSS DR7数据，为 $z=0.1$ 处不同绝对星等区间星系的 $f$、$\sigma_8$ 和偏置提供稳健的宇宙学约束。

提出的方法

• 该方法将Shi等人（2016）提出的实空间映射技术扩展至处理流量受限样本，通过在建模框架中引入与星等相关的选源效应。
• 使用一组模拟星系星表对方法进行测试与验证，确认其能够准确恢复实空间相关函数和星系偏置。
• 对中等尺度集聚数据应用迭代算法，以获得 $f\sigma_8$ 的无偏估计，精度约为10%。
• 该方法从SDSS DR7中构建了北银极区域的实空间星系星表，红移范围为 $0.01 \leq z \leq 0.2$，包含584,473个星系。
• 通过结合实空间集聚与星系-星系弱引力透镜测量，推导出宇宙学约束，以打破 $f$、$\sigma_8$ 和偏置之间的混淆关系。
• 分析针对四个绝对星等区间中的星系分别进行：$M_r - 5\log h \in [-23.0, -22.0], [-22.0, -21.0], [-21.0, -20.0], [-20.0, -19.0]$。

实验结果

研究问题

• RQ1 实空间映射方法能否可靠地扩展至SDSS等巡天中常见的流量受限星系样本？
• RQ2 在基于星等的选源效应存在的情况下，该方法在多大程度上能准确恢复真实的实空间相关函数和星系偏置？
• RQ3 当在中等尺度集聚数据上使用迭代方法时，$z=0.1$ 处 $f\sigma_8$ 测量的精度如何？
• RQ4 测得的 $f$、$\sigma_8$ 和偏置值与 $z=0.1$ 处的WMAP9宇宙学模型相比如何？
• RQ5 结合实空间集聚与星系-星系弱引力透镜测量，能否在SDSS DR7数据中打破 $f$、$\sigma_8$ 和偏置之间的混淆关系？

主要发现

• 通过模拟星表验证，该方法能以高精度准确恢复实空间相关函数和星系偏置。
• 在 $z=0.1$ 处，$f\sigma_8$ 的测量精度约为10%，测得值为 $f\sigma_8 = 0.464^{+0.040}_{-0.040}$。
• 测得的 $f\sigma_8$ 值在1$\sigma$置信水平下与WMAP9宇宙学模型一致。
• 对于绝对星等区间 $M_r - 5\log h \in [-23.0, -22.0]$ 的星系，约束结果为 $f = 1.449^{+0.194}_{-0.196}$，$\sigma_8 = 0.769^{+0.121}_{-0.089}$，$b = 1.910^{+0.234}_{-0.268}$。
• 对于最暗的星等区间 $M_r - 5\log h \in [-20.0, -19.0]$，约束结果为 $f = 1.196^{+0.159}_{-0.161}$，$\sigma_8 = 0.769^{+0.121}_{-0.089}$，$b = 1.301^{+0.170}_{-0.177}$。
• 实空间集聚与弱引力透镜的结合成功打破了 $f$、$\sigma_8$ 和偏置之间的混淆关系，实现了在各星等区间内稳健的宇宙学约束。