[논문 리뷰] The Buzzard Flock: Dark Energy Survey Synthetic Sky Catalogs

Joseph DeRose, Risa H. Wechsler외 53명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 11인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 암흑 에너지 조사(DEP) Y1 영역을 대상으로 하는 브라운스터 떼(Buzzard Flock)라는 합성 천구 카탈로그 세트를 제시한다. 이 카탈로그는 현실적인 광학적 적색편이, 등급, 심도 변화를 시뮬레이션하여, 약한 렌즈 및 우주론적 연구의 정확성을 향상시킨다. 이전 버전에서의 심각한 적색편이 편향을 보완하기 위해 현실적인 노이즈 모델, PSF 효과, 향상된 SED 템플릿을 통합함으로써, 보다 정확한 결과를 도출한다.

ABSTRACT

We present a suite of 18 synthetic sky catalogs designed to support science analysis of galaxies in the Dark Energy Survey Year 1 (DES Y1) data. For each catalog, we use a computationally efficient empirical approach, ADDGALS, to embed galaxies within light-cone outputs of three dark matter simulations that resolve halos with masses above ~5x10^12 h^-1 m_sun at z <= 0.32 and 10^13 h^-1 m_sun at z~2. The embedding method is tuned to match the observed evolution of galaxy counts at different luminosities as well as the spatial clustering of the galaxy population. Galaxies are lensed by matter along the line of sight --- including magnification, shear, and multiple images --- using CALCLENS, an algorithm that calculates shear with 0.42 arcmin resolution at galaxy positions in the full catalog. The catalogs presented here, each with the same LCDM cosmology (denoted Buzzard), contain on average 820 million galaxies over an area of 1120 square degrees with positions, magnitudes, shapes, photometric errors, and photometric redshift estimates. We show that the weak-lensing shear catalog, redMaGiC galaxy catalogs and redMaPPer cluster catalogs provide plausible realizations of the same catalogs in the DES Y1 data by comparing their magnitude, color and redshift distributions, angular clustering, and mass-observable relations, making them useful for testing analyses that use these samples. We make public the galaxy samples appropriate for the DES Y1 data, as well as the data vectors used for cosmology analyses on these simulations.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 분석을 위해 DES Y1 조사의 광학적 및 공간적 특성을 정확히 반영하는 합성 은하 카탈로그를 생성하기 위해.
• 이전 버전의 카탈로그에서 심각한 적색편이 편향을 수정하기 위해, 특히 최고 적색편이 영역(z > 1.5)에서 발생하는 문제를 해결하기 위해.
• 효율적 노출 시간과 10σ 한계 등급을 사용하여 DES Y1 영역 전역의 심도 변화를 반영하기 위해.
• 은하 및 천공의 밝기에서 유래한 포isson 노이즈를 사용하여 광학적 오차를 모델링함으로써, 현실적인 magnitude 불확실성 확보하기 위해.
• 특히 고적색편이에서의 고유 프레임 UV 영역에서의 개선을 통해, SED 및 광학적 측정 모델링을 정교화하여 은하 색상과 적색편이 추정의 정밀도 향상시키기 위해.

제안 방법

• 은하 성질을 주변 헬로 질량에 기반한 조건부 등급 분포에서 추출한 HOD(은하 점유 분포) 모델을 사용하여 은하를 시뮬레이션한다.
• 조사의 기하학적 특성과 심도 맵을 활용하여 렌즈 효과와 회전을 적용하여 시뮬레이션된 하늘을 DES Y1 영역에 정렬한다.
• 광학적 오차를 계산하기 위해 은하 및 천공 밝기에서 유래한 광도 노이즈를 모델링한다: $\sigma_{\text{flux}} = \sqrt{S_{\text{gal}} + S_{\text{sky}}}$, 여기서 $S_{\text{gal}} = 10^{-0.4(m_{\text{gal}} - 22.5)} \times t_{\text{eff}}$ 이고 $S_{\text{sky}} = f_{\text{sky}} \times t_{\text{eff}}$ 이다.
• 천공 노이즈 $f_{\text{sky}}$ 는 10σ 한계 등급을 사용하여 계산한다: $f_{\text{sky}} = \frac{f_{\text{lim},1}^2 \times t_{\text{eff}}}{100} - f_{\text{lim},1}$, 여기서 $f_{\text{lim},1}$ 은 한계 등급에서 유도된다.
• 관측된 광도와 오차를 나노매기로 변환하고, magnitude와 오차를 다음과 같이 계산한다: $m_{\text{obs}} = 22.5 - 2.5\log_{10}(f_{\text{nmgy}})$ 와 $m_{\text{err,obs}} = \frac{2.5}{\ln(10)} \frac{f_{\text{err,nmgy}}}{f_{\text{nmgy}}}$, 음수 광도는 99로 설정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 합성 은하 카탈로그는 어떻게 생성되어야 하며, DES Y1 조사의 광학적 및 공간적 특성을 정확히 반영할 수 있는가?
• RQ2 이전 버전의 브라운스터 카탈로그에서 고적색편이 은하가 과대평가되는 원인은 무엇인가?
• RQ3 DES Y1 영역의 광학적 오차와 심도 변화가 시뮬레이션에서 은하 탐지 및 적색편이 추정에 미치는 영향은 어느 정도인가?
• RQ4 저적색편이 데이터(예: SDSS)로 제약을 받는 SED 템플릿이 z > 1.5에서 광학적 적색편이의 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 고적색편이 색상 편향을 줄이기 위해 SED 모델링에 어떤 개선이 필요한가?

주요 결과

• 브라운스터 떼 카탈로그는 이전에 SED 모델링이 열악하여 고적색편이 은하를 과대평가했던 네 번째 소스 적색편이 영역(0.9 < z ≤ 1.3)에서 심각한 적색편이 편향을 수정하였다.
• 이 편향은 z > 1.5에서 고유 프레임 UV 영역의 SED 템플릿이 제약이 없었기 때문에 발생하였으며, 이로 인해 BPZ가 고적색편이 은하를 낮은 적색편이로 잘못 분류하였다.
• 광학적 오차 모델링은 이제 효율적 노출 시간과 10σ 한계 등급을 통해 현실적인 심도 변화를 반영하여 magnitude 불확실성의 현실성 향상이 이루어졌다.
• 이제 카탈로그는 은하 및 천공 광도에 기반한 개선된 광도 노이즈 모델을 사용하며, magnitude 오차는 $m_{\text{err,obs}} = \frac{2.5}{\ln(10)} \frac{f_{\text{err,nmgy}}}{f_{\text{nmgy}}}$ 를 통해 계산된다.
• 큰 광학적 오차로 인한 음수 광도는 이제 magnitude 표에 99로 설정되어 관측 데이터와 일치한다.
• 현재 카탈로그의 고적색편이 은하 색상은 여전히 신뢰할 수 없으며, 향상된 SED 템플릿이 구현될 때까지 주의 깊게 사용되어야 한다.