[論文レビュー] The Atacama Cosmology Telescope: A search for late-time anisotropic screening of the Cosmic Microwave Background

William R. Coulton, Theo Schutt+38 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2024

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、CMBのパッチ性スクリーニングを検出する新しい前景頑健推定量を導入し、unWISE銀河との>7σの相関を報告しており、ダークマターハローを超える銀河周囲のガスが広がっていることを示唆しています。

ABSTRACT

Since the formation of the first stars, most of the gas in the Universe has been ionized. Spatial variations in the density of this ionized gas generate cosmic microwave background anisotropies via Thomson scattering, a process known as the ``anisotropic screening'' effect. We propose and implement for the first time a new estimator to cross-correlate unWISE galaxies and anisotropic screening, as measured by the Atacama Cosmology Telescope and Planck satellite. We do not significantly detect the effect; the null hypothesis is consistent with the data at 1.7 $σ$ (resp. 0.016 $σ$) for the blue (resp. green) unWISE sample. We obtain an upper limit on the integrated optical depth within a 6 arcmin disk to be $\barτ< 0.033$ arcmin$^2$ at 95\% confidence for the blue sample and $\barτ< 0.057$ arcmin$^2$ for the green sample. Future measurements with Simons Observatory and CMB-S4 should detect this effect significantly. Complementary to the kinematic Sunyaev-Zel'dovich effect, this probe of the gas distribution around halos will inform models of feedback in galaxy formation and baryonic effects in galaxy lensing.

研究の動機と目的

• パッチ性スクリーニングを介して宇宙におけるガス分布の研究を動機づける。
• パッチ性スクリーニング測定における前景バイアスを軽減するための頑健な推定量（sign推定量）を開発する。
• CMB由来のパッチ性スクリーニングと高密度銀河カタログをクロス相関させ、ハロー周囲のガスを探る。
• 観測されたガスプロファイルをシミュレーションと比較して銀河形成物理とガス分布を推定する。
• パッチ性スクリーニングがkSZを補完し、銀河の赤shift情報を必要としないことを示す。

提案手法

• Planck-Planck NILC CMBマップをACTデータと組み合わせて、高解像度の小スケールCMBマップを形成する。
• 新規のsign推定量を適用し、大スケールCMBマップのsign変換と小スケールCMBのゆらぎを掛け合わせてパッチ性スクリーニングを分離する。
• unWISE銀河位置で符号付き重み付きCMBカットアウトを積み上げ、方位平均して1Dの光学深さプロファイルを得る。
• パッチ性信号を含まないモンテカルロシミュレーションを用いて共分散と有意性を計算する。
• 積み上げた光学深さプロファイルに対して2パラメータのガウスモデルを適合させ、AICとF検定でモデル比較を評価する。
• 測定されたガスプロファイルをIllustris, Illustris-TNG, SIMBAのシミュレーションおよびkSZ解析のGNFWプロファイルと比較する。

Figure 1: High-pass filtered 2D stacked optical depth map, obtained by running the “sign” estimator on ACT data, at the positions of the unWISE blue sample. The optical depth map is convolved with the filter of Eq. ( 13 ), on top of the 1.6 ′ FWHM Gaussian ACT beam convolution. The visible excess in

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 支配的な前景が支配的な中で、符号ベースの推定量を用いてパッチ性スクリーニングを堅牢に検出できるか？
• RQ2 パッチ性スクリーニングとCMBマップのクロス相関から推定されるunWISE銀河周辺の電子の空間分布はどのようになるか？
• RQ3 銀河周辺の観測されたガスプロファイルはダークマター分布に従うのか、それともフィードバック過程による広がったガスを示すのか？
• RQ4 観測されたプロファイルは最先端の流体動力学シミュレーションとGNFWフィットとどのように比較されるか？],
• RQ5 key_findings':['青色と緑色のcombined unWISEサンプルは、光学深さプロファイルに対する帰無仮説を7.9σで棄却する。','銀河周りの光学深さ分布のガウスモデルは、帰無仮説に対して強いモデル証拠を提供する（AIC）：blue, green, combined: -39, -43, -71 respectively; F検定では p値は 0.003, 0.013, 0.0018。','測定されたガスプロファイルは、Illustris-TNG から推定されたダークマター分布よりも広がっており、SIMBAおよびIllustrisに類似しているが、同一ではない。','データは銀河周辺の広がったガスを支持しており、点源分布ではない。','sign-estimatorアプローチは前景バイアスに対して頑健であることを示しており、赤方偏移や速度情報を必要とせず、2Dの銀河位置のみを要求する。','シミュレーションとの比較は、unWISE銀河周りのガスがダークマターを追跡していないことを示唆し、フィードバック過程にとって有益な情報を提供する。'],
• RQ6 table_headers:[],
• RQ7 table_rows:[]

主な発見

• The combined blue and green unWISE samples show a 7.9σ rejection of the null hypothesis for the optical-depth profile.

Figure 2: Stacked 1D profiles of the optical depth, obtained from the sign estimator, Section B.3 , applied to filtered CMB data stacked at the locations of galaxies. The points show the measurements of the unWISE red, green, blue and combined blue-green samples. These are obtained by azimuthally av