[논문 리뷰] The DESI One-Percent Survey: Modelling the clustering and halo occupation of all four DESI tracers with Uchuu

Francisco Prada, J. Ereza외 45명|arXiv (Cornell University)|2023. 06. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 8

한 줄 요약

논문은 Uchuu 기반의 고충실도 라이트콘을 구축하고 DESI의 네 가지 트레이서(BGS, LRG, ELG, QSO)를 SHAM으로 모델링하여 z=2.1까지의 군집성 및 홀로 점유를 시뮬레이션하고 이 목업을 DESI One-Percent 데이터와 비교하여 바이어스와 HOD를 평가한다.

ABSTRACT

We present results from a set of mock lightcones for the DESI One-Percent Survey, created from the Uchuu simulation. This This 8 (Gpc/h)^3 N-body simulation comprises 2.1 trillion particles and provides high-resolution dark matter (sub)haloes in the framework of the Planck base-LCDM cosmology. Employing the subhalo abundance matching (SHAM) technique, we populate the Uchuu (sub)haloes with all four DESI tracers (BGS, LRG, ELG and QSO) to z = 2.1. Our method accounts for redshift evolution as well as the clustering dependence on luminosity and stellar mass. The two-point clustering statistics of the DESI One-Percent Survey generally agree with predictions from Uchuu across scales ranging from 0.3 Mpc/h to 100 Mpc/h for the BGS and across scales ranging from 5 Mpc/h to 100 Mpc/h for the other tracers. We observe some differences in clustering statistics that can be attributed to incompleteness of the massive end of the stellar mass function of LRGs, our use of a simplified galaxy-halo connection model for ELGs and QSOs, and cosmic variance. We find that at the high precision of Uchuu, the shape of the halo occupation distribution (HOD) of the BGS and LRG samples are not fully captured by the standard 5-parameter HOD model. However, the ELGs and QSOs show agreement with an adopted Gaussian distribution for central haloes with a power law for satellites. We observe fair agreement in the large-scale bias measurements between data and mock samples, although the BGS data exhibits smaller bias values, likely due to cosmic variance. The bias dependence on absolute magnitude, stellar mass and redshift aligns with that of previous surveys. These results provide DESI with tools to generate high-fidelity lightcones for the remainder of the survey and enhance our understanding of the galaxy-halo connection.

연구 동기 및 목표

• DESI가 정확한 우주론적 추론을 위해 은하-홀 연결을 이해해야 하는 필요성을 제시한다.
• Uchuu N-body 시뮬레이션에서 구축된 네 가지 DESI 트레이서 전부에 대한 고충실도 목업 라이트콘을 제시한다.
• 트레이서와 적색편이에 걸쳐 군집성 및 홀 로 점유 분포(HOD)를 정량화한다.
• SHAM 기반 방법이 DESI One-Percent 군집 통계 및 바이어스를 재현하는 능력을 평가한다.

제안 방법

• Planck base-ΛCDM에서 2.1조 입자를 가진 Uchuu N-body 시뮬레이션을 사용해 목업 라이트콘을 생성한다.
• BGS-BRIGHT 및 LRG 트레이서를 위해 (sub)halo에 광도나 별 질량을 할당하기 위해 Subhalo Abundance Matching(SHAM)을 적용한다.
• ELG 및 QSO 트레이서를 위해 불완전성과 트레이서 특유의 선택을 반영하도록 수정된 SHAM 접근법을 사용한다.
• V_peak를 홀로 프록시로 사용하고 ELG/QSO의 중심/위성 점유에 대해 Gaussian+power-law 분포를 적합시킨다.
• 결과로 얻은 이변량 2점 군집성 및 선형 바이어스를 DESI One-Percent 측정값과 0.1~100 h^-1 Mpc 스케일에서 비교한다.

Figure 1: The sky coverage of the DESI One-Percent Survey for the BGS-BRIGHT, LRG, ELG, and QSO cosmological tracers used in this analysis. The 20 rosettes that make up the One-Percent footprint are split into ‘North’ (in black) and ‘South’ (in purple). The grey-shaded regions indicate the expected

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SHAM 기반 Uchuu 홀로의 점유가 DESI One-Percent의 네 가지 트레이서(BGS, LRG, ELG, QSO)에 대해 재현되는가?
• RQ2 각 트레이서에 대해 DESI One-Percent 데이터와 일치시키기 위한 홀로 점유 분포 및 바이어스 거동은 무엇인가?
• RQ3 ELG 및 QSO의 완전성 및 선택 효과가 모의 인구 및 군집성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 절대 광도, 별 질량, 적색편조에 따른 스케일 의존적 군집성 차이는 무엇이며, 이는 우주변이 및 은하-홀 연결에 대해 어떤 시사점을 가지는가?

주요 결과

• DESI One-Percent 모형은 0.1–100 h^-1 Mpc 스케일에서 Uchuu 모형으로 비교적 잘 매칭된다.
• BGS와 LRG는 표준 5매개변수 HOD 모델로 잘 설명되며, ELG와 QSO는 중심은 가우시안, 위성은 거듭제곱 법칙의 점유를 필요로 한다.
• 대규모 바이어스에서 모의와 데이터가 대체로 양호하게 일치하며, 데이터는 우주분산으로 인한 바이어스가 더 작게 나타나는 경향을 보인다.
• 편차는 우주분산, 질량 상위 끝의 별 질량 함수의 불완전성, 그리고 간단한 은하-홀 연결 모델에서 기인한다.
• 절대 광도, 별 질량, 적색편이에 따른 바이어스 경향은 이전 설문 결과와 일치한다.
• 이 연구는 우주론 모델에서 라이트콘 구성을 개선하고 DESI의 은하-홀 연결에 대한 이해를 높인다.

Figure 2: The comoving number density of the four DESI One-Percent tracer samples (points) and the average of the corresponding high-fidelity Uchuu -DESI lighcones (solid line) over the entire redshift range $0.1<z<2.1$ . Data error bars are obtained from the ensemble of Uchuu One-Percent lighcones