[论文解读] Cosmic shear analysis of archival HST/ACS data: I. Comparison of early ACS pure parallel data to the HST/GEMS Survey

T. Schrabback, T. Erben+10 more|ArXiv.org|Jun 25, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 105被引用 51

一句话总结

本研究对档案中的哈勃空间望远镜/先进巡天相机（HST/ACS）数据进行了宇宙引力透镜分析，提出了一种新型的时间依赖性点扩散函数（PSF）修正方法，将系统性剪切误差降低至<2×10⁻⁶。对GEMS和GOODS-CDFS数据的分析得出，单次场σ₈估计值为0.52⁺⁰.¹¹₋₀.¹⁵（统计）±0.07（系统），该结果被解释为由于前景结构中局部密度不足导致的宇宙方差效应。

ABSTRACT

This is the first paper of a series describing our measurement of weak lensing by large-scale structure using archival observations from the Advanced Camera for Surveys (ACS) on board the Hubble Space Telescope (HST). In this work we present results from a pilot study testing the capabilities of the ACS for cosmic shear measurements with early parallel observations and presenting a re-analysis of HST/ACS data from the GEMS survey and the GOODS observations of the Chandra Deep Field South (CDFS). We describe our new correction scheme for the time-dependent ACS PSF based on observations of stellar fields. This is currently the only technique which takes the full time variation of the PSF between individual ACS exposures into account. We estimate that our PSF correction scheme reduces the systematic contribution to the shear correlation functions due to PSF distortions to &lt; 2*10^{-6} for galaxy fields containing at least 10 stars. We perform a number of diagnostic tests indicating that the remaining level of systematics is consistent with zero for the GEMS and GOODS data confirming the success of our PSF correction scheme. For the parallel data we detect a low level of remaining systematics which we interpret to be caused by a lack of sufficient dithering of the data. Combining the shear estimate of the GEMS and GOODS observations using 96 galaxies arcmin^{-2} with the photometric redshift catalogue of the GOODS-MUSIC sample, we determine a local single field estimate for the mass power spectrum normalisation sigma_{8,CDFS}=0.52^{+0.11}_{-0.15} (stat) +/- 0.07 (sys) (68% confidence assuming Gaussian cosmic variance) at fixed Omega_m=0.3 for a LambdaCDM cosmology. We interpret this exceptionally low estimate to be due to a local under-density of the foreground structures in the CDFS.

研究动机与目标

• 评估利用早期HST/ACS纯并行观测数据进行宇宙引力透镜测量的可行性。
• 开发并验证一种针对ACS数据的时间依赖性PSF修正方案，以最小化弱引力透镜测量中的系统误差。
• 比较ACS并行数据与GEMS巡天及GOODS-CDFS场的宇宙引力透镜结果。
• 研究宇宙方差及前景结构密度不足对CDFS场中σ₈估计的影响。
• 量化剪切测量中的系统误差，并验证PSF修正方法的可靠性。

提出的方法

• 利用恒星场建模ACS PSF在曝光期间的完整时间变化，开发了一种新型时间依赖性PSF修正方案。
• 通过拟合场中恒星图像的时间演化特性，校正由PSF引起的剪切系统误差。
• 计算剪切相关函数，并通过在GEMS和GOODS-CDFS数据上进行诊断测试，检验残余系统误差。
• 利用GOODS-MUSIC星表的光谱红移估计源红移分布，并计算σ₈。
• 通过在哈勃参数和红移分布不确定性上进行边缘化，传播统计不确定性。
• 将GEMS和GOODS-CDFS的96个星系/平方角秒数据合并，得出单次场σ₈估计值。

实验结果

研究问题

• RQ1 经过适当的PSF修正后，档案中的HST/ACS纯并行数据能否提供可靠的宇宙引力透镜测量结果？
• RQ2 时间依赖性PSF修正方案在最小化弱引力透镜剪切测量系统误差方面的有效性如何？
• RQ3 为何CDFS场中测得的σ₈显著低于其他宇宙引力透镜巡天的结果？
• RQ4 CDFS场中σ₈值偏低在多大程度上是由于前景密度不足导致的宇宙方差？
• RQ5 与其它剪切测量技术相比，该PSF修正方法在系统误差控制方面表现如何？

主要发现

• 时间依赖性PSF修正方案将系统性剪切误差降低至<2×10⁻⁶（当至少有10颗恒星时），相当于预期宇宙学信号的<5%。
• 诊断测试表明，GEMS和GOODS-CDFS数据中残余系统误差与零一致，验证了PSF修正方法的有效性。
• 并行数据中残余系统误差水平较低，归因于抖动不足，表明数据质量存在局限性。
• CDFS场的单次场σ₈估计值为σ₈,CDFS = 0.52⁺⁰.¹¹₋₀.¹⁵（统计）±0.07（系统），显著低于其他巡天结果。
• 该低σ₈值被解释为由于CDFS场前景结构中存在局部密度不足导致的宇宙方差效应，且有独立证据表明存在暗红星系缺失。
• 该分析表明，CDFS场异常稀疏，若在高斯假设下低估了宇宙方差误差，其影响因子约为~1.7，使差异的显著性降低至~2σ。