[论文解读] Consistency of effective field theory analyses of the BOSS power spectrum

Théo Simon, Pierre Zhang+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用 5

一句话总结

本文利用有效场论（EFTofLSS）研究了BOSS功率谱中宇宙学约束的不一致性，发现PyBird与CLASS-PT两大主流似然分析流程之间的差异主要源于对EFT参数的先验选择不同（'西海岸' vs. '东海岸'）。尽管非高斯后验分布导致参数边际化后产生高达~2σ的宇宙学参数偏移，但当先验范围扩大时，结果在~1σ水平内保持一致，且在与CMB数据结合时，BOSS的宇宙学约束在ΛCDM框架下与普朗克（Planck）数据不矛盾。

ABSTRACT

We assess the robustness of $Λ$CDM results from the full-shape analysis of BOSS power spectrum using the one-loop prediction of the Effective Field Theory of Large-Scale Structure (EFTofLSS). The public likelihoods PyBird and CLASS-PT lead to results in agreement only at the $1σ$ level, despite the fact that they are derived from the same BOSS dataset and theory model. We perform a thorough comparison of the various analyses choices made between the two pipelines, and identify that the differences come from the choice of prior on the EFT parameters, dubbed "West-coast" (WC) and "East-coast" (EC) prior, respectively associated to PyBird and CLASS-PT. In particular, because posteriors are non-Gaussian, projection effects from the marginalization over the EFT parameters shift the posterior mean of the cosmological parameters with respect to the best-fit up to $1σ$ in the WC prior and up to $2σ$ in the EC prior. We quantify that best-fit cosmological parameters extracted from BOSS given the two prior choices are consistent at $\sim 1σ$. The consistency improves to $\sim 0.5σ$ when doubling the prior widths. While this reveals that current EFT analyses are subject to prior effects, we show that cosmological results obtained in combination with CMB, or from forthcoming large-volume data, are less sensitive to those effects. In addition, we investigate differences between BOSS measurements. We find broad agreements across all pre-reconstructed measurements considered ($<0.6σ$), but the two available BOSS post-reconstructed measurements in Fourier space, once combined with the EFT full-shape analysis, lead to discrepant Hubble parameter $H_0$ at $\sim 0.9σ$. Given the various effects we discuss, we argue that the clustering amplitude $σ_8$ measured with BOSS is not in statistical tension with that inferred from Planck under $Λ$CDM.

研究动机与目标

• 评估基于BOSS全形状功率谱分析、采用一环EFTofLSS的ΛCDM约束的稳健性。
• 识别尽管使用相同数据和理论模型，两个主流似然流程（PyBird与CLASS-PT）之间宇宙学结果差异的根源。
• 评估EFT参数先验、测量选择和分析设置对宇宙学后验分布的影响，尤其在非高斯性存在的情况下。
• 判断BOSS测得的结构增益参数σ₈是否与ΛCDM框架下普朗克（Planck）数据存在统计矛盾。

提出的方法

• 系统比较PyBird与CLASS-PT似然流程之间的分析选择，包括EFT参数先验、尺度截断、多极矩数量以及重构前后测量的区别。
• 在使用相同数据集但不同先验和分析设置的情况下，直接比较宇宙学后验分布，以隔离先验选择对参数偏移的影响。
• 量化由于对EFT参数进行边际化带来的后验分布偏移，特别是非高斯投影效应导致后验均值相对于最大后验估计值的偏移。
• 评估多个BOSS功率谱测量之间的一致性，包括傅里叶空间中的重构前与重构后数据。
• 评估固定或自由变化如ω_b和n_s等噪声参数对宇宙学约束的影响。
• 将结果与独立分析（如Chen et al. 2022, Brieden et al. 2022）进行比较，以在更广泛的文献背景下定位本研究的发现。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管使用相同的BOSS数据集和EFTofLSS模型，PyBird与CLASS-PT似然流程之间约1σ的宇宙学约束差异主要由什么驱动？
• RQ2 对EFT参数采用不同先验（'西海岸' vs. '东海岸'）如何影响宇宙学参数的后验分布，尤其是在非高斯后验存在的情况下？
• RQ3 分析选择（如尺度截断、多极矩数量、是否进行重构）在多大程度上影响最终的宇宙学约束？
• RQ4 在使用EFTofLSS分析时，傅里叶空间中后处理重构的BOSS功率谱测量得到的H₀约束是否彼此一致？
• RQ5 在考虑EFT参数先验效应后，BOSS测得的σ₈值是否与ΛCDM框架下普朗克（Planck）数据存在统计矛盾？

主要发现

• PyBird与CLASS-PT结果差异的主要根源在于对EFT参数先验的选择，其中'东海岸'先验由于非高斯边际化效应导致宇宙学后验分布产生更大的偏移。
• 与最大后验估计值相比，宇宙学参数后验均值的偏移在'西海岸'先验下最高可达~1σ，在'东海岸'先验下最高可达~2σ，这是由非高斯后验的投影效应所致。
• 两个流程的最大后验宇宙学参数一致在≤1σ范围内，当两个先验宽度均加倍时，一致性提升至≤0.4σ。
• 在使用EFTofLSS分析时，傅里叶空间中两个后处理重构的BOSS功率谱测量得到的H₀约束存在约0.9σ的差异。
• 当正确考虑EFT先验效应后，BOSS测得的结构增益参数σ₈与ΛCDM框架下普朗克（Planck）数据不构成统计矛盾。
• 将BOSS数据与CMB数据结合后，宇宙学约束对EFT先验效应的敏感性降低，表明未来大体积巡天中结果具有稳健性。