[論文レビュー] Neutrino mass limits: robust information from the power spectrum of galaxy surveys

Antonio J. Cuesta, Viviana Niro+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、WiggleZおよびSDSS-DR7 Luminous Red Galaxy（LRG）サーベイの銀河パワースペクトルデータを、Planck CMBおよびBAOデータと組み合わせることで、活性ニュートリノ質量の和に対するロバストな上限を導出している。SDSS-DR7 LRGデータにBAOおよびPlanckを組み合わせた場合、95%信用区間で上限が0.13 eVとなることが判明し、異なる銀河トレーサー間で安定した制約が得られ、特にBAOデータがパラメータのデゲネラシーを解消し、精度を向上させていることが示された。

ABSTRACT

We present cosmological upper limits on the sum of active neutrino masses using large-scale power spectrum data from the WiggleZ Dark Energy Survey and from the Sloan Digital Sky Survey - Data Release 7 (SDSS-DR7) sample of Luminous Red Galaxies (LRG). Combining measurements on the Cosmic Microwave Background temperature and polarisation anisotropies by the Planck satellite together with WiggleZ power spectrum results in a neutrino mass bound of 0.37 eV at 95% C.L., while replacing WiggleZ by the SDSS-DR7 LRG power spectrum, the 95% C.L. bound on the sum of neutrino masses is 0.38 eV. Adding Baryon Acoustic Oscillation (BAO) distance scale measurements, the neutrino mass upper limits greatly improve, since BAO data break degeneracies in parameter space. Within a $\\Lambda$CDM model, we find an upper limit of 0.13 eV (0.14 eV) at 95% C.L., when using SDSS-DR7 LRG (WiggleZ) together with BAO and Planck. The addition of BAO data makes the neutrino mass upper limit robust, showing only a weak dependence on the power spectrum used. We also quantify the dependence of neutrino mass limit reported here on the CMB lensing information. The tighter upper limit (0.13 eV) obtained with SDSS-DR7 LRG is very close to that recently obtained using Lyman-alpha clustering data, yet uses a completely different probe and redshift range, further supporting the robustness of the constraint. This constraint puts under some pressure the inverted mass hierarchy and favours the normal hierarchy.

研究の動機と目的

• 銀河サーベイの大型スケール構造データを用いて、活性ニュートリノ質量の和の宇宙論的上限を導出すること。
• 異なる銀河トレーサーを用いた比較により、銀河バイアスに起因する系統的不確実性に対するニュートリノ質量制限のロバスト性を評価すること。
• バリオンアコースティック振動（BAO）データが、パrameter空間におけるデゲネラシーをどのように解消し、質量制限の精度を向上させるかを評価すること。
• 異なるプローブ（例：LRG 対 ライマンアルファフォレスト）および赤方偏移範囲における制限の整合性を検証すること。
• 導出された上限に基づいて、現在のデータが正順または逆順のニュートリノ質量階層をどのように支持するかを特定すること。

提案手法

• WiggleZダークエネルギー調査およびSDSS-DR7 Luminous Red Galaxy（LRG）サンプルの物質パワースペクトルを、大規模構造のトレーサーとして用いる。
• これらの銀河パワースペクトル測定値を、Planck 2015 CMB温度および偏光非均一性データと組み合わせる。
• パラメータ空間におけるデゲネラシーを解消するために、BAO距離スケール測定値を組み込む。
• ベイズ的フレームワークを用いて、事後分布およびニュートリノ質量の和の95%信用区間上限を計算する。
• H₀測定値およびCMBレンズィングの追加データに対する感度をテストすることで、結果のロバスト性を評価する。
• 銀河バイアスに起因する系統的効果を評価するために、WiggleZとSDSS-DR7 LRGの異なる銀河トレーサーからの制限を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WiggleZおよびSDSS-DR7 LRGの銀河パワースペクトルデータを用いて、活性ニュートリノ質量の和の最もきつい上限は何か？
• RQ2 BAOデータは、宇宙論的パラメータ空間におけるデゲネラシーをどのように解消し、ニュートリノ質量制限の精度を向上させるか？
• RQ3 異なる銀河トレーサー（例：LRG 対 WiggleZ）が、どの程度一貫性のあるニュートリノ質量制限をもたらすか。また、これは銀河バイアスにどのような含意をもたらすか？
• RQ4 H₀およびCMBレンズィングデータの組み込みは、最終的なニュートリノ質量上限にどのように影響するか？
• RQ5 導出された上限は、正順または逆順のニュートリノ質量階層のどちらを支持するか？

主な発見

• SDSS-DR7 LRGパワースペクトル、Planck CMB、BAOデータの組み合わせにより、活性ニュートリノ質量の和の95%信用区間上限が0.13 eVとなる。
• WiggleZデータをSDSS-DR7 LRGの代わりに用いた場合、わずかに弱い上限0.14 eV（95% C.L.）が得られ、異なるトレーサー間で一貫性があることが示された。
• BAOデータの追加により、CMB＋銀河パワースペクトルのみの状況と比較して、上限が約2.5倍改善された。
• 0.13 eVの上限はロバストであり、使用された特定の銀河パワースペクトルに弱い依存性を示しており、銀河バイアスの系統的不確実性に対する感受性が低いことが示された。
• この制限は0.1 eVの目標に非常に近く、異なるプローブおよび赤方偏移範囲を用いたライマンアルファフォレストのクラスタリング制限とも整合的である。
• この結果は、逆順ニュートリノ質量階層を不利益にし、正順階層を支持しており、逆順階層の最小許容値（0.0982 eV）が上限を下回っているためである。