[论文解读] AMICO galaxy clusters in KiDS-DR3: cosmological constraints from large-scale stacked weak lensing profiles

C. Giocoli, F. Marulli+16 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 103被引用 5

一句话总结

本研究利用KiDS-DR3巡天的叠加弱引力透镜测量，基于AMICO选定的星系团约束宇宙学参数。通过采用尺度依赖的截断半径建模2-halo项并考虑系统误差，得到Ω_M = 0.301^{+0.042}_{-0.041}（68%可信区间），与Planck 2018结果一致，表明该结果对模型假设具有鲁棒性，并强调了在星系团弱引力透镜分析中正确建模2h项的重要性。

ABSTRACT

Context. The large-scale mass distribution around dark matter haloes hosting galaxy clusters provides sensitive cosmological information. Aims. In this work, we make use of a large photometric galaxy cluster sample, constructed from the public Third Data Release of the Kilo-Degree Survey, and the corresponding shear signal, to assess cluster masses and test the concordance $Λ$-cold dark matter ($Λ$CDM) model. In particular, we study the weak gravitational lensing effects on scales beyond the cluster virial radius, where the signal is dominated by correlated and uncorrelated matter density distributions along the line-of-sight. The analysed catalogue consists of 6962 galaxy clusters, in the redshift range $0.1 \leq z \leq 0.6$ and with signal-to-noise ratio larger than 3.5. Methods. We perform a full Bayesian analysis to model the stacked shear profiles of these clusters. The adopted likelihood function considers both the small-scale 1-halo term, used primarily to constrain the cluster structural properties, and the 2-halo term, that can be used to constrain cosmological parameters. Results. We find that the adopted modelling is successful to assess both the cluster masses and the total matter density parameter, $Ω_M$, when fitting shear profiles up to the largest available scales of 35 Mpc/h. Moreover, our results provide a strong observational evidence of the 2-halo signal in the stacked gravitational lensing of galaxy clusters, further demonstrating the reliability of this probe for cosmological studies. The main result of this work is a robust constraint on $Ω_M$, assuming a flat $Λ$CDM cosmology. We get $Ω_M = 0.29 \pm 0.02$, estimated from the full posterior probability distribution, consistent with the estimates from cosmic microwave background experiments.

研究动机与目标

• 基于KiDS-DR3巡天中AMICO选定的星系团的大尺度叠加弱引力透镜轮廓，推导宇宙学约束。
• 评估模型系统误差（特别是2-halo项和截断半径）对宇宙学参数恢复的影响。
• 比较使用不同宇宙学先验（Planck18与WMAP9）和晕偏置模型（Tinker、Sheth-Tormen、Sheth等）的结果。
• 评估总物质密度参数Ω_M对建模假设变化的鲁棒性。

提出的方法

• 在KiDS-DR3巡天中，基于132 deg²的成像数据，对AMICO选定的星系团周围测量叠加弱引力透镜轮廓。
• 采用尺度依赖的截断半径r_t对2-halo项进行建模，以允许在大尺度物质功率谱建模中引入系统性变化。
• 利用贝叶斯推断推导Ω_M的后验分布，先验基于Planck 2018宇宙学和Tinker等（2010）、Sheth & Tormen（1999）、Sheth等（2001）的晕偏置模型。
• 通过比较不同r_t值、偏置模型和宇宙学先验下的结果，量化系统误差影响。
• 通过排除随机中心附近的信号进行控制实验，以检验残余系统误差的存在。
• 通过与不同红移区间的结果对比以及与外部CMB约束（Bennett等，2013）比较，验证结果的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2-halo项中，截断半径r_t的选择如何影响AMICO星系团叠加弱引力透镜测量中恢复的Ω_M值？
• RQ2 不同晕偏置模型（Tinker、Sheth-Tormen、Sheth等）在多大程度上改变Ω_M的后验分布？
• RQ3 当对2h项使用线性功率谱时，使用Planck18与WMAP9宇宙学先验如何影响推断的Ω_M？
• RQ4 忽略随机中心附近的2-halo信号对Ω_M估计有何影响？
• RQ5 不同建模假设引起的系统性偏移与Ω_M测量的统计不确定性相比如何？

主要发现

• 总物质密度参数被约束为Ω_M = 0.301^{+0.042}_{-0.041}（68%可信区间），与Planck 2018结果高度一致。
• 当使用r_t = 1而非参考值r_t = 3时，观测到Ω_M存在5.6%的系统性偏差，表明r_t与Ω_M之间存在强烈退化。
• 与使用Planck18相比，采用WMAP9宇宙学会导致Ω_M低估约2%，表明结果对假设的宇宙学先验具有敏感性。
• 采用Sheth & Tormen偏置模型时，Ω_M的平均值比参考的Tinker模型高3.5%；而Sheth等模型则导致Ω_M值低3.2%。
• 排除随机中心附近的信号导致Ω_M被低估13%，凸显了在叠加弱引力透镜测量中污染风险的严重性。
• 所有系统性偏移（来自r_t、偏置模型和先验）均小于统计不确定性，表明主结果具有鲁棒性。