[论文解读] Constraining the growth factor with baryon oscillations

D. Sapone, Luca Amendola|ArXiv.org|Sep 18, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用 14

一句话总结

本文提出利用未来星系巡天中的重子声波振荡（BAOs）来约束宇宙结构增长因子，参数化为增长指数γ。通过费舍尔矩阵预测，覆盖约5,000平方度、红移至z ≈ 3的光谱巡天可将γ的测量精度达到Δγ ≈ 0.06，而光度巡天的精度为Δγ ≈ 0.15，为ΛCDM模型提供强有力的自洽性检验，并对修正引力模型施加约束。

ABSTRACT

The growth factor of linear fluctuations is probably one of the least known quantity in observational cosmology. Here we discuss the constraints that baryon oscillations in galaxy power spectra from future surveys can put on a conveniently parametrized growth factor. We find that spectroscopic surveys of $5000 deg^2$ extending to $z \approx 3$ could estimate the growth index $γ$ within 0.06; a similar photometric survey would give $Δγ\approx 0.15$. This test provides an important consistency check for standard cosmological model and could constrain modified gravity models. We discuss the errors and the figure of merit for various combinations of redshift errors and survey size.

研究动机与目标

• 改善对宇宙学中测量较差的线性涨落增长因子的约束。
• 利用增长指数γ作为探针，检验标准宇宙学模型的一致性。
• 评估未来大尺度巡天对广义相对论偏离的敏感性，通过修正引力模型进行分析。
• 量化巡 survey 几何形状、红移误差和面积对基于BAO的γ估计精度的影响。
• 比较基于BAO的增长因子测量与弱引力透镜和SNIa等其他暗能量探针的约束能力。

提出的方法

• 将重子声波振荡（BAO）方法作为星系功率谱中的标准尺，用于探测增长因子G(z)。
• 采用费舍尔矩阵形式化方法，预测包括增长指数γ在内的宇宙学参数约束。
• 将观测到的星系功率谱建模为红移、偏置和红移空间畸变参数β的函数。
• 考虑多种巡天面积（1,000–10,000 deg²）下的光谱（δz = 0）与光度（δz/z = 0.04）红移测量。
• 分析两种情形：(I) γ 固定，w(z) 变化；(II) γ 作为自由参数，与 w₀ 和 w₁ 一同处理。
• 计算 w₀–γ 和 wₚ–w₁ 参数对的综合指标（FOM），以评估不同巡天配置下的约束能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 未来星系巡天中的重子声波振荡能否为增长指数γ提供具有竞争力的约束？
• RQ2 γ估计的精度如何依赖于巡天面积、红移范围和红移误差（光谱与光度）？
• RQ3 基于BAO的增长因子测量在多大程度上能够区分ΛCDM与DGP等修正引力模型？
• RQ4 未来实验中，γ的FOM与弱引力透镜和SNIa等其他暗能量探针相比如何？
• RQ5 在覆盖5,000 deg²、红移延伸至z ≈ 3的光谱巡天中，γ的统计不确定性可达到何种水平？

主要发现

• 覆盖5,000 deg²、红移延伸至z ≈ 3的光谱巡天，可将增长指数γ的边际误差约束在Δγ ≈ 0.06以内。
• 相同面积的光度巡天则产生更大的误差，Δγ ≈ 0.15，主要源于红移不确定性。
• 对于光谱巡天，随着巡天面积从1,000增至10,000 deg²，γ的误差从0.099降至0.05。
• 对于光度巡天，相同面积范围内，γ的误差从0.301降至0.114。
• 在4%红移误差条件下，BAO方法对w₀–γ参数对的FOM在光谱巡天中约为光度巡天的4–6倍。
• 若采用覆盖20,000 deg²、红移从z = 0至z = 1.5的巡天，γ的误差可降至Δγ ≈ 0.06，接近弱引力透镜等领先方法的精度。