[论文解读] Baryon Acoustic Oscillations in the Lyforest of BOSS quasars

J. Rich, S. Bailey+47 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2012

Cosmology and Gravitation Theories被引用 14

一句话总结

本研究利用BOSS巡天中48,640个高红移类星体（z = 2.1–3.5）的Lyα森林，检测到了重子声学振荡（BAO）特征。通过分析透射光深分数的三维相关函数，测得在r = (1.01 ± 0.03)倍声学时变尺度处存在一个峰值，从而在z = 2.3处实现了稳健的BAO检测，并以高精度约束了宇宙学距离。

ABSTRACT

We report a detection of the baryon acoustic oscillation (BAO) feature in the three-dimensional correlation function of the transmitted flux fraction in the Lyα forest of high-redshift quasars. The study uses 48,640 quasars in the redshift range 2.1≤ z≤ 3.5 from the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) of the third generation of the Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III). At a mean redshift z = 2.3, we measure the monopole and quadrupole components of the correlation function for separations in the range 20h −1 Mpc < r < 200h −1 Mpc. A peak in the correlation function is seen at a separation equal to (1.01± 0.03) times the distance ]

研究动机与目标

• 利用高红移类星体Lyα森林中透射光深分数的三维相关函数，检测重子声学振荡（BAO）特征。
• 利用Lyα森林互相关函数中的BAO尺度作为标准尺，测量z = 2.3处的宇宙学距离。
• 利用BOSS巡天中类星体吸收谱，改进对高红移宇宙膨胀历史的约束。
• 评估Lyα森林中BAO信号的稳健性，这是一种具有挑战性但信息丰富的大尺度结构探测手段。

提出的方法

• 分析使用了来自BOSS巡天、红移范围为2.1 ≤ z ≤ 3.5的48,640个类星体Lyα森林中透射光深分数的三维相关函数。
• 将相关函数分解为单极和四极成分，以提取径向和横向的聚类信息。
• 分析分离尺度范围为20h⁻¹ Mpc < r < 200h⁻¹ Mpc，以识别BAO峰值尺度。
• BAO特征被检测为在与退耦时期声学时变尺度一致的尺度处相关函数中的一个峰值。
• 通过将观测到的峰值位置与声学时变尺度的理论预测进行比较，对测量结果进行校准。
• 通过仔细建模类星体光谱中的噪声和连续谱，将系统不确定性降至最低。

实验结果

研究问题

• RQ1 重子声学振荡特征是否在高红移类星体Lyα森林光深的三维相关函数中显现？
• RQ2 在z = 2.3处，Lyα森林相关函数中BAO峰值的测量尺度是多少？
• RQ3 利用BOSS类星体的Lyα森林，BAO尺度的测量精度如何？
• RQ4 Lyα森林在z ≈ 2.3处在多大程度上提供了稳健的宇宙学距离测量？
• RQ5 观测到的BAO尺度与退耦时期理论声学时变尺度相比如何？

主要发现

• 在透射光深分数的三维相关函数中，于分离尺度(1.01 ± 0.03)倍声学时变尺度处检测到一个清晰的峰值。
• 在20h⁻¹ Mpc < r < 200h⁻¹ Mpc的尺度范围内，BAO特征在相关函数的单极和四极成分中均被稳健测量。
• 在z = 2.3处测得的BAO尺度与标准宇宙学模型预测一致，验证了Lyα森林作为宇宙学探针的适用性。
• 测量精度(1.01 ± 0.03)使得高红移处的距离约束具有高准确性。
• 该检测结果证明了利用类星体光谱中的Lyα森林探测宇宙距离-红移关系的可行性。
• 结果支持将Lyα森林作为测量z > 2时宇宙膨胀历史的有力工具。