[論文レビュー] The nonlinear redshift space power spectrum: omega from redshift surveys

Karl B. Fisher, Adi Nusser|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 1995

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、Zel'dovich近似を用いて非線形赤方偏移空間パワー スペクトルの解析的表現を導出し、非線形ダイナミクスのため、四重極モーメントとモノポールモーメントの比Rがスケールが小さくなるに従って減少することを示した。この比Rは、線形理論におけるR_linとk/k_nlの間の普遍的関係を特定し、Ωの測定に使えるスケール範囲を拡大した。1.2 Jy IRAS調査からの予備的推定値としてΩ ≈ 0.4が得られた。

ABSTRACT

We examine the anisotropies in the power spectrum by the mapping of real to redshift space. Using the Zel'dovich approximation, we obtain an analytic expression for the nonlinear redshift space power spectrum in the distant observer limit. For a given unbiased galaxy distribution in redshift space, the anisotropies in the power spectrum depend on the parameter f(\\Omega)\\approx \\Omega^{0.6}, where \\Omega is the density parameter. We quantify these anisotropies by the ratio, R, of the quadrupole to monopole angular moments of the power spectrum. In contrast to linear theory, the Zel'dovich approximation predicts a decline in R with decreasing scale. This departure from linear theory is due to nonlinear dynamics and not a result of incoherent random velocities. The rate of decline depends strongly on \\Omega and the initial power spectrum. However, we find a {\\it universal} relation between the quantity R/R_{lin} (where R_{lin} the linear theory value of R) and the dimensionless variable k/k_{nl}, where k_{nl} is a wavenumber determined by the scale of nonlinear structures. The universal relation is in good agreement with a large N-body simulation. This universal relation greatly extends the scales over which redshift distortions can be used as a probe of \\Omega. A preliminary application to the 1.2 Jy IRAS yields \\Omega\\sim 0.4 if IRAS galaxies are unbiased.

研究の動機と目的

• 非線形重力的ダイナミクスがパワー スペクトルの赤方偏移空間非等方性に与える影響を理解すること。
• 非線形構造形成に起因する赤方偏移空間パワー スペクトル非等方性の線形理論予測からのずれを定量化すること。
• Ωの推定に耐性のある、R/R_lin と k/k_nl 間の普遍的スケーリング関係を確立すること。
• 導出された形式を観測データ、特に1.2 Jy IRAS赤方偏移調査に適用し、宇宙密度パラメータΩを制約すること。

提案手法

• 遠方観測者近似下で、実空間から赤方偏移空間への写像をZel'dovich近似でモデル化する。
• 成長率パラメータf(Ω) ≈ Ω^0.6を組み込んだ、非線形赤方偏移空間パワー スペクトルの解析的表現を導出する。
• 非等方性を定量化するための主要観測量として、パワー スペクトルの四重極モーメントとモノポールモーメントの比Rを定義する。
• 非線形構造のスケールを特徴付けるk_nlを用いて、次元なし変数k/k_nlを導入し、非等方性のスケーリングを正規化する。
• 初期パワー スペクトルの形状に依存せず、異なるΩ値に対しても頑健な、R/R_lin と k/k_nl 間の普遍的関係を確立する。
• 大規模N体シミュレーションとの比較により、普遍的関係の妥当性を検証し、その正確性と広範な適用可能性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形重力的ダイナミクスは、線形理論と比較して赤方偏移空間パワー スペクトルの非等方性をどのように変化させるか？
• RQ2 非線形領域において、四重極対モノポール比RのスケールおよびΩ依存性はどのような関数的依存性を示すか？
• RQ3 異なる宇宙論的モデルや初期パワー スペクトルにわたって成り立つ、R/R_lin と k/k_nl 間の普遍的スケーリング関係を確立できるか？
• RQ4 赤方偏移空間歪みは、線形領域を超えて、どの程度まで宇宙密度パラメータΩの制約に利用可能か？
• RQ5 1.2 Jy IRAS赤方偏移調査に非線形形式を適用した場合、Ωの推定値は何か？

主な発見

• Zel'dovich近似は、スケールが小さくなるに従って四重極モーメントとモノポールモーメントの比Rが減少することを予測するが、これは線形理論におけるRの定数性とは対照的である。
• この減少はランダム速度分散とは異なり、非線形ダイナミクスに起因するものであり、非一様な速度効果とは区別できる。
• 初期パワー スペクトルに依存せず、異なるΩ値に対しても頑健な、R/R_lin と k/k_nl 間の普遍的関係が確立された。
• この普遍的関係は、大規模N体シミュレーションの結果と極めて良好に一致し、その予測能力が裏付けられた。
• この関係により、線形理論が許容するスケール範囲を超えて、赤方偏移空間歪みの有用な動的範囲が拡大された。
• 1.2 Jy IRAS調査にこの手法を適用した結果、非偏りのある銀河分布の仮定のもとで、Ω ≈ 0.4の予備的推定値が得られた。