[论文解读] Consistent lensing and clustering in a low-$S_8$ Universe with BOSS, DES Year 3, HSC Year 1 and KiDS-1000

A. Amon, N. C. Robertson+106 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 5

一句话总结

本研究通过使用暗模拟器（Dark Emulator）建模宇宙学约束，检验了多个宇宙学巡天（BOSS、DES-Y3、HSC-Y1 和 KiDS-1000）中弱引力透镜与星系聚类之间的一致性。结果表明，低-$S_8$ 宇宙学模型（$S_8=0.76$）下，透镜与聚类测量一致；而普朗克（Planck）宇宙学模型（$S_8=0.83$）则表现出显著差异，透镜信号弱于聚类预测，暗示可能存在系统效应或未解析的重子物理效应。

ABSTRACT

We evaluate the consistency between lensing and clustering probes of large-scale structure based on measurements of projected galaxy clustering from BOSS combined with overlapping galaxy-galaxy lensing from three surveys: DES Y3, HSC Y1, and KiDS-1000. An intra-lensing-survey study finds good agreement between these lensing data. We model the observations using the Dark Emulator and fit the data at two fixed cosmologies: Planck, with $S_8=0.83$, and a Lensing cosmology with $S_8=0.76$. For a joint analysis limited to scales with $R>5.25h^{-1}$Mpc, we find that both cosmologies provide an acceptable fit to the data. Full utilisation of the small-scale clustering and lensing measurements is hindered by uncertainty in the impact of baryon feedback and assembly bias, which we account for with a reasoned theoretical error budget. We incorporate a systematic scaling parameter for each redshift bin, $A$, that decouples the lensing and clustering to capture any inconsistency. When a wide range of scales ($0.15

研究动机与目标

• 评估多个大尺度巡天中弱透镜与星系聚类测量之间的一致性。
• 检验低-$S_8$ 宇宙学模型（$S_8=0.76$）是否与 BOSS、DES-Y3、HSC-Y1 和 KiDS-1000 的联合透镜与聚类数据一致。
• 通过红移依赖的一致性参数 $A$ 分离透镜与聚类信号，量化透镜与聚类之间的系统性不一致。
• 通过合理的理论误差预算，评估重子反馈与聚集偏置对小尺度测量的影响。
• 判断基于 kSZ 的重子反馈模型是否能缓解普朗克宇宙学中的差异。

提出的方法

• 利用暗模拟器在宇宙学红移区间内建模非线性物质功率谱与晕占有分布。
• 在多个尺度上对 BOSS、DES-Y3、HSC-Y1 和 KiDS-1000 的星系聚类与星系-星系透镜（GGL）数据进行联合拟合。
• 为每个红移区间引入一个红移依赖的一致性参数 $A$，以解耦透镜与聚类信号，允许系统性不一致的存在。
• 应用理论误差预算，以考虑重子反馈与聚集偏置带来的不确定性，尤其在小尺度上。
• 使用基于 kSZ 的重子效应估计，检验其对缓解普朗克宇宙学中差异的影响。
• 在大尺度与全尺度范围内分析数据，以评估对系统性效应与建模选择的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低-$S_8$ 宇宙学模型（$S_8=0.76$）下，透镜信号是否与聚类信号一致？
• RQ2 普朗克宇宙学模型（$S_8=0.83$）是否在透镜与聚类之间表现出系统性不一致？
• RQ3 重子反馈与聚集偏置在多大程度上影响小尺度透镜与聚类测量的解释？
• RQ4 基于 kSZ 的重子反馈模型是否能缓解普朗克宇宙学中透镜与聚类之间的张力？
• RQ5 当星系样本选择效应被最小化时，一致性参数 $A$ 的鲁棒性如何？

主要发现

• 在低-$S_8$ 宇宙学模型（$S_8=0.76$）下，透镜与聚类测量一致，DES 与 KiDS 数据联合分析得 $A=0.91\pm0.04$。
• 在相同宇宙学模型下，使用 HSC 数据得 $A=0.97\pm0.06$，表明不同透镜巡天结果一致。
• 在普朗克宇宙学模型（$S_8=0.83$）下，发现显著差异：DES+KiDS 得 $A=0.79\pm0.03$，HSC 得 $A=0.84\pm0.05$，表明透镜信号弱于聚类预测。
• 当使用基于 kSZ 的重子反馈效应估计时，普朗克宇宙学中的差异部分得到缓解。
• 分析表明，小尺度测量具有强敏感性，但对建模不确定性与样本选择效应尤为敏感，尤其在普朗克情形下。
• 结果强调了在解释透镜-聚类一致性时，必须考虑星系-晕关联与重子物理中的系统性效应。