[论文解读] The effects of assembly bias on cosmological inference from galaxy-galaxy lensing and galaxy clusters

Joseph E. McEwen, David H. Weinberg|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用 15

一句话总结

本文研究了星系组装偏倚——即星系属性依赖于晕形成历史——对星系-星系强引力透镜（GGL）和星系聚类中宇宙学推断的影响。利用具有强烈组装偏倚的模拟星系星历表，结果表明在 $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ 的尺度上，星系-物质交叉相关系数 $ r_{\rm gm}(r) $ 对组装偏倚不敏感，即使对于具有强烈组装偏倚效应的红星系，也能通过标准或环境依赖型HOD拟合方法，以2%以内的精度恢复物质相关函数 $ \xi_{\rm mm}(r) $。

ABSTRACT

The combination of galaxy-galaxy lensing (GGL) and galaxy clustering is a promising route to measuring the amplitude of matter clustering and testing modified gravity theories of cosmic acceleration. Halo occupation distribution (HOD) modeling can extend the approach down to nonlinear scales, but galaxy assembly bias could introduce systematic errors by causing the HOD to vary with large scale environment at fixed halo mass. We investigate this problem using the mock galaxy catalogs created by Hearin & Watson (2013, HW13), which exhibit significant assembly bias because galaxy luminosity is tied to halo peak circular velocity and galaxy colour is tied to halo formation time. The preferential placement of galaxies (especially red galaxies) in older halos affects the cutoff of the mean occupation function $\langle N_ ext{cen}(M_ ext{min}) angle$ for central galaxies, with halos in overdense regions more likely to host galaxies. The effect of assembly bias on the satellite galaxy HOD is minimal. We introduce an extended, environment dependent HOD (EDHOD) prescription to describe these results and fit galaxy correlation measurements. Crucially, we find that the galaxy-matter cross-correlation coefficient, $r_{gm} \equiv ξ_{gm} \cdot [ ξ_{mm} ξ_{gg} ]^{-1/2}$, is insensitive to assembly bias on scales $r \gtrsim 1 \; h^{-1} ext{Mpc}$, even though $ξ_{gm} $ and $ξ_{gg} $ are both affected individually. We can therefore recover the correct $ξ_{mm} $ from the HW13 galaxy-galaxy and galaxy-matter correlations using either a standard HOD or EDHOD fitting method. For $M_r \leq -19$ or $M_r \leq -20$ samples the recovery of $ξ_{mm}$ is accurate to 2% or better. For a sample of red $M_r \leq -20$ galaxies we achieve 2% recovery at $r \gtrsim 2\;h^{-1} ext{Mpc}$ with EDHOD modeling but lower accuracy at smaller scales or with a standard HOD fit.

研究动机与目标

• 评估星系组装偏倚是否会在星系-星系强引力透镜（GGL）和星系聚类的宇宙学推断中引入系统性误差。
• 评估组装偏倚对星系-物质交叉相关系数 $ r_{\rm gm}(r) $ 的影响，后者是GGL+聚类分析中的关键量。
• 检验在存在组装偏倚的情况下，标准晕占有分布（HOD）建模或扩展的、环境依赖型HOD（EDHOD）是否能准确恢复物质相关函数 $ \xi_{\rm mm}(r) $。
• 确定组装偏倚效应在多小尺度上对宇宙学推断可忽略，特别是对明亮和红星系样本。

提出的方法

• 使用Hearin & Watson（2013，HW13）提供的模拟星系星历表，其组装偏倚强烈，源于星系光度、颜色与晕峰值圆周速度或形成时间之间的关联。
• 从模拟星历表中数值计算星系-物质交叉相关系数 $ r_{\rm gm}(r) $，以评估其对组装偏倚的敏感性。
• 应用标准HOD和环境依赖型HOD（EDHOD）拟合，从测量得到的 $ \xi_{\rm gg}(r) $ 和 $ \xi_{\rm gm}(r) $ 推断 $ \xi_{\rm mm}(r) $，利用公式5重建物质相关函数。
• 将恢复得到的 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 与模拟星历表中的真实 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 进行比较，量化在不同光度和颜色样本中的精度。
• 聚焦于 $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ 的尺度，因为在此尺度上 $ r_{\rm gm}(r) $ 对组装偏倚的不敏感性对宇宙学推断最为关键。
• 采用投影相关函数的数值反演方法恢复三维相关函数，避免依赖可能在非线性尺度上不准确的解析近似。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ 尺度上，星系组装偏倚是否显著改变星系-物质交叉相关系数 $ r_{\rm gm}(r) $？
• RQ2 当星系分布中存在组装偏倚时，标准HOD拟合能否准确恢复物质相关函数 $ \xi_{\rm mm}(r) $？
• RQ3 与标准HOD相比，环境依赖型HOD（EDHOD）模型是否能提高 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 恢复的精度，特别是对具有强烈组装偏倚的红星系？
• RQ4 在多小尺度上 $ r_{\rm gm}(r) $ 对组装偏倚保持不敏感，从而可实现稳健的宇宙学推断？
• RQ5 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 恢复的精度如何依赖于星系光度和颜色，特别是对高光度或红星系样本？

主要发现

• 在 $ r \gtrsim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $ 尺度上，星系-物质交叉相关系数 $ r_{\rm gm}(r) $ 对组装偏倚不敏感，即使 $ \xi_{\rm gm}(r) $ 和 $ \xi_{\rm gg}(r) $ 本身受环境影响。
• 对于 $ M_r \leq -19 $ 或 $ M_r \leq -20 $ 的星系样本，无论使用标准HOD还是EDHOD拟合，物质相关函数 $ \xi_{\rm mm}(r) $ 的恢复精度均在2%以内。
• 对于红星系 $ M_r \leq -20 $，EDHOD建模在 $ r \gtrsim 2\,h^{-1}\text{Mpc} $ 尺度上可实现2%的精度，而标准HOD在较小尺度上精度较低。
• 中心星系HOD截断 $ N_{\rm cen}(M_{\rm min}) $ 显著受组装偏倚影响，因为在高密度区域中，晕更可能拥有中心星系；而卫星星系HOD受其影响极小。
• $ r_{\rm gm}(r) $ 对组装偏倚的不敏感性使得即使在存在复杂偏置物理机制的情况下，也能从GGL和聚类中实现稳健的宇宙学推断，最小尺度可达 $ \sim 1\,h^{-1}\text{Mpc} $。
• 结果表明，只要探测到足够大的动态范围，使用 $ r_{\rm gm}(r) $ 作为关键观测量时，组装偏倚不会在GGL和聚类的宇宙学推断中引入显著系统性误差。