[论文解读] The Atacama Cosmology Telescope: Cosmology from cross-correlations of unWISE galaxies and ACT DR6 CMB lensing

Gerrit S. Farren, Alex Krolewski+34 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 98被引用 5

一句话总结

本文利用 unWISE 星系巡天（红移 z ≈ 0.2–1.8）与阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）DR6 的高精度宇宙微波背景（CMB）弱引力透镜图之间的交叉相关，给出了对物质涨落幅度 S8 的宇宙学约束。仅使用 ACT 数据时，得到 S8 = 0.813 ± 0.021；当结合 ACT 与普朗克（Planck）数据时，S8 = 0.810 ± 0.015，两者均与基于原初 CMB 测量的 ΛCDM 预测完全一致，支持低红移处标准结构增长模型。

ABSTRACT

We present tomographic measurements of structure growth using cross-correlations of Atacama Cosmology Telescope (ACT) DR6 and Planck CMB lensing maps with the unWISE Blue and Green galaxy samples, which span the redshift ranges $0.2 \lesssim z \lesssim 1.1$ and $0.3 \lesssim z \lesssim 1.8$, respectively. We improve on prior unWISE cross-correlations not just by making use of the new, high-precision ACT DR6 lensing maps, but also by including additional spectroscopic data for redshift calibration and by analysing our measurements with a more flexible theoretical model. An extensive suite of systematic and null tests within a blind analysis framework ensures that our results are robust. We determine the amplitude of matter fluctuations at low redshifts ($z\simeq 0.2-1.6$), finding $S_8 \equiv σ_8 (Ω_m / 0.3)^{0.5} = 0.813 \pm 0.021$ using the ACT cross-correlation alone and $S_8 = 0.810 \pm 0.015$ with a combination of Planck and ACT cross-correlations; these measurements are fully consistent with the predictions from primary CMB measurements assuming standard structure growth. The addition of Baryon Acoustic Oscillation data breaks the degeneracy between $σ_8$ and $Ω_m$, allowing us to measure $σ_8 = 0.813 \pm 0.020$ from the cross-correlation of unWISE with ACT and $σ_8 = 0.813\pm 0.015$ from the combination of cross-correlations with ACT and Planck. These results also agree with the expectations from primary CMB extrapolations in $Λ$CDM cosmology; the consistency of $σ_8$ derived from our two redshift samples at $z \sim 0.6$ and $1.1$ provides a further check of our cosmological model. Our results suggest that structure formation on linear scales is well described by $Λ$CDM even down to low redshifts $z\lesssim 1$.

研究动机与目标

• 利用 unWISE 星catalog 与 CMB 弱引力透镜图之间的交叉相关，测量低红移物质涨落的幅度。
• 检验在红移 z ≲ 1 范围内结构增长与 ΛCDM 宇宙学的一致性。
• 通过使用更高精度的 ACT DR6 透镜图以及利用光谱红移数据改进的红移标定，改进以往 unWISE 交叉相关分析。
• 评估在更灵活的理论建模框架下，宇宙学约束的稳健性。

提出的方法

• 将 unWISE 的蓝色与绿色星系样本（红移 z ≈ 0.2–1.1 和 z ≈ 0.3–1.8）与 ACT DR6 CMB 弱引力透镜收敛图进行交叉相关。
• 应用分层分析方法，在多个红移窗口中测量结构增长。
• 引入光谱红移数据以改进星系红移分布的标定。
• 采用灵活的理论模型，使 σ8 与 Ωm 可独立约束，从而打破与 BAO 数据的退化关系。
• 结合 ACT 与普朗克 CMB 弱引力透镜交叉相关，以提高信噪比并更精确地约束 S8。
• 使用 Cobaya 与 GetDist 进行似然分析，理论功率谱采用 CAMB 计算，地图处理使用 Healpy/HEALPix。

实验结果

研究问题

• RQ1 低红移处物质涨落幅度 S8 是否与 ΛCDM 模型中基于原初 CMB 测量的预测一致？
• RQ2 unWISE 星系与 ACT DR6 CMB 弱引力透镜图之间的交叉相关是否给出与标准结构增长一致的宇宙学约束？
• RQ3 两个独立红移窗口（z ≈ 0.6 与 z ≈ 1.1）的结果如何比较？这对模型一致性有何启示？
• RQ4 改进的红移标定与更灵活的理论模型在多大程度上减少了 S8 测量中的系统不确定性？
• RQ5 结合 ACT 与普朗克 CMB 弱引力透镜交叉相关是否能打破 σ8–Ωm 的退化关系，并实现更紧的约束？

主要发现

• unWISE 星系与 ACT DR6 CMB 弱引力透镜图的交叉相关得到 S8 = 0.813 ± 0.021，与基于原初 CMB 数据的 ΛCDM 预测一致。
• 当结合 ACT 与普朗克 CMB 弱引力透镜交叉相关时，S8 测量值为 0.810 ± 0.015，进一步增强了与 ΛCDM 的一致性。
• 仅使用 ACT 数据时测得的 σ8 = 0.813 ± 0.020，而结合 ACT+Planck 分析得到 σ8 = 0.813 ± 0.015，与 ΛCDM 模型中基于原初 CMB 的外推结果高度一致。
• 从两个不同红移样本（z ≈ 0.6 与 z ≈ 1.1）中得到的 σ8 一致性，为线性尺度上标准结构增长模型提供了强有力支持。
• 引入电离声波振荡（BAO）数据成功打破了 σ8 与 Ωm 之间的退化关系，使 σ8 的测量更加稳健。
• 结果表明，即使在低红移 z ≲ 1 范围内，线性尺度上的结构形成仍能被 ΛCDM 宇宙学模型良好描述。