[논문 리뷰] SPT Clusters with DES and HST Weak Lensing. II. Cosmological Constraints from the Abundance of Massive Halos

S. Bocquet, S. Grandis외 194명|arXiv (Cornell University)|2024. 01. 04.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 DES와 HST의 약렌즈 보정으로 SZ로 선택된 SPT 클러스터의 수분포로 우주론 제약을 도출하여 Omega_m, sigma8, S8, 중성미자 질량, 그리고 w에 대한 엄격한 경계를 제시한다.

ABSTRACT

We present cosmological constraints from the abundance of galaxy clusters selected via the thermal Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect in South Pole Telescope (SPT) data with a simultaneous mass calibration using weak gravitational lensing data from the Dark Energy Survey (DES) and the Hubble Space Telescope (HST). The cluster sample is constructed from the combined SPT-SZ, SPTpol ECS, and SPTpol 500d surveys, and comprises 1,005 confirmed clusters in the redshift range $0.25-1.78$ over a total sky area of 5,200 deg$^2$. We use DES Year 3 weak-lensing data for 688 clusters with redshifts $z<0.95$ and HST weak-lensing data for 39 clusters with $0.6

연구 동기 및 목표

• DES Y3 및 HST의 약렌즈 질량 측정을 이용해 SZ 관찰-질량 관계를 보정하여 견고한 클러스터 우주론을 가능하게 한다.
• 무질량 중성미자 마진화를 가진 평탄한 LCDM 프레임워크에서 클러스터 수 분포로부터 우주론 매개변수를 추정한다.
• Planck CMB 결과와의 일관성을 평가하고, 상태방정식 w를 변화시키는 확장을 탐구한다.
• 적색편이 구간에 걸친 중성미자 질량 합과 구조의 진화(sigma8)에 대한 제약을 제공하여 LCDM 예측에 따른 성장과의 대조를 검증한다.

제안 방법

• 5200 deg2에 걸친 SPT-SZ, SPTpol ECS, SPTpol 500d의 SZ 검출 1,005개 클러스터의 공동 카탈로그를 사용한다.
• 질량 보정을 위해 z<0.95인 688개 클러스터에 대해 DES Year 3 약렌즈 데이터를 활용하고, z가 0.6–1.7인 39개 클러스터에 대해 표적 HST 렌즈링을 활용한다.
• 수압평형 가정을 가정하지 않고 약렌즈 질량을 통해 SZ–질량 관계를 경험적으로 제약한다.
• 질량 중성미자 합을 마진화한 공간적으로 평평한 LCDM 우주론을 채택하고; 최적 조합 S8^opt = sigma8*(Omega_m/0.3)^0.25를 보고한다.
• 결과를 노출하기 전에 블라인딩 및 강건성 테스트를 수행한다.
• 클러스터 수분포로부터 우주론 매개변수 추론을 제시하고 Planck CMB 데이터와 교차 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약렌즈로 보정된 질량일 때 SZ-선택 클러스터의 분포로 어떤 우주론 매개변수를 제약할 수 있는가?
• RQ2 Planck CMB 결과와 비교하여 클러스터에서 도출된 S8 및 관련 조합의 제약은 어떠한가?
• RQ3 Planck 데이터와 함께 사용할 때 중성미자 질량 총합에 대한 시사점은 무엇인가?
• RQ4 클러스터 기반 분석에서 어둠에너지 상태방정식 매개변수 w를 -1과 다르게 허용하는 것이 있는가, 그리고 Planck 데이터와 결합하면 이것이 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• Omega_m = 0.286 ± 0.032.
• sigma8 = 0.817 ± 0.026.
• sigma8*(Omega_m/0.3)^0.25 = 0.805 ± 0.016.
• S8 = 0.795 ± 0.029.
• Planck CMB 비교는 S8/LCDM에 대해 Planck 2018 결과와 1.1 시그마 차이를 보인다.
• Planck과 결합 시 중성미자 질량 합에 대한 95% 상한은 m_nu < 0.18 eV.
• w를 변동시키면 클러스터 데이터만으로 w = -1.45 ± 0.31가 나오고; Planck과 함께하면 w = -1.34^{+0.22}_{-0.15} (2.2 시그마 away from -1).
• 다섯 개의 적색편이 구간(0.25–1.8)에 대한 sigma8 제약은 Planck의 LCDM 성장과 일치한다.