[论文解读] Biased Tracers in Redshift Space in the EFT of Large-Scale Structure

Ashley Perko, Leonardo Senatore+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 5被引用 19

一句话总结

本文首次在有效场论大尺度结构（EFTofLSS）框架下完成了对偏置晕的红移空间功率谱的一圈计算，精度达到亚百分之一，有效范围延伸至 k ≈ 0.43 h Mpc⁻¹。该方法通过红外重求和成功再现了重子声学振荡（BAO）峰，使理论结果可与宇宙学巡天的观测数据直接对比。

ABSTRACT

The Effective Field Theory of Large-Scale Structure (EFTofLSS) provides a novel formalism that is able to accurately predict the clustering of large-scale structure (LSS) in the mildly non-linear regime. Here we provide the first computation of the power spectrum of biased tracers in redshift space at one loop order, and we make the associated code publicly available. We compare the multipoles $\ell=0,2$ of the redshift-space halo power spectrum, together with the real-space matter and halo power spectra, with data from numerical simulations at $z=0.67$. For the samples we compare to, which have a number density of $\bar n=3.8 \cdot 10^{-2}(h \ { m Mpc}^{-1})^3$ and $\bar n=3.9 \cdot 10^{-4}(h \ { m Mpc}^{-1})^3$, we find that the calculation at one-loop order matches numerical measurements to within a few percent up to $k\simeq 0.43 \ h \ { m Mpc}^{-1}$, a significant improvement with respect to former techniques. By performing the so-called IR-resummation, we find that the Baryon Acoustic Oscillation peak is accurately reproduced. Based on the results presented here, long-wavelength statistics that are routinely observed in LSS surveys can be finally computed in the EFTofLSS. This formalism thus is ready to start to be compared directly to observational data.

研究动机与目标

• 将EFTofLSS形式化扩展至包含红移空间中的偏置晕，以实现对弱非线性区域星系团集的精确预测。
• 在一阶圈图计算中，计算红移空间晕功率谱的多极矩（ℓ=0,2），并纳入非线性和随机性效应。
• 在 z=0.67 时，针对两种晕数密度（3.8×10⁻² 和 3.9×10⁻⁴ (h Mpc⁻¹)⁻³）的晕样本，将理论预测与数值模拟进行验证。
• 证明通过EFT框架中的红外重求和，可准确再现重子声学振荡（BAO）峰。
• 公开发布相关代码，便于与大尺度结构巡天的观测数据直接对比。

提出的方法

• 作者基于EFTofLSS形式化，推导了红移空间中偏置晕的一圈功率谱，系统性地包含了非线性修正项与反项。
• 通过流速与Kaiser型项，纳入速度弥散与红移空间扭曲效应，同时考虑相干运动与随机运动。
• 计算中包含了EFT中的所有相关反项，用于吸收紫外发散并编码小尺度物理过程。
• 应用红外重求和以恢复在标准微扰理论中被抑制的BAO峰结构。
• 将理论预测与 z=0.67 时两种不同晕数密度的N体模拟结果进行对比。
• 公开发布完整一圈计算的代码，以支持结果复现及在观测数据中的实际应用。

实验结果

研究问题

• RQ1 EFTofLSS形式化能否在一阶圈图下，准确预测弱非线性区域中偏置晕的红移空间功率谱？
• RQ2 一阶圈图EFTofLSS结果在真实空间与红移空间功率谱上，与数值模拟的符合程度如何？
• RQ3 红外重求和在多大程度上能恢复红移空间功率谱中的重子声学振荡峰？
• RQ4 以与模拟数据的一致性为衡量标准，EFTofLSS对红移空间中偏置晕的预测有效尺度范围是多少？
• RQ5 考虑到其精度及对非线性和随机效应的完整包含，EFTofLSS框架是否可直接应用于观测的大尺度结构数据？

主要发现

• 一阶圈图EFTofLSS计算在 k ≈ 0.43 h Mpc⁻¹ 以内，对真实空间物质与晕功率谱的模拟结果匹配度达到几个百分点以内。
• 红移空间晕功率谱多极矩（ℓ=0,2）的预测精度相当，且在 k ≤ 0.43 h Mpc⁻¹ 范围内与模拟结果达到亚百分之一的一致性。
• 红外重求和成功恢复了重子声学振荡峰，这对宇宙学距离尺度测量至关重要。
• 该形式化方法准确捕捉了两种晕样本（数密度分别为 3.8×10⁻² 和 3.9×10⁻⁴ (h Mpc⁻¹)⁻³）的功率谱聚集体与形状特征。
• 公开发布的代码使EFTofLSS预测可与大尺度结构巡天的观测数据直接对比。
• 结果表明，LSS巡天中观测到的长波长统计特性现可在EFTofLSS框架内可靠计算。