[论文解读] Cosmic Void Baryon Acoustic Oscillation Measurement: Evaluation of Sensitivity to Selection Effects

D. Forero-Sánchez, Cheng Zhao+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 39被引用 5

一句话总结

本文評估了基於宇宙空洞的重子聲學振盪（BAO）測量對選取效應的敏感度，比較了固定半徑空洞截斷與基於局部密度的半徑截斷。結果顯示，雖然固定截斷在中等不完整度（<20%）下具有穩定性，但局部截斷顯著降低了大尺度空洞排除偏差——特別是在稀疏或徑向不完整的巡天中——在不損失信號顯著性的前提下，提供了更準確的BAO尺度測量。

ABSTRACT

Cosmic voids defined as a subset of Delaunay Triangulation (DT) circumspheres have been used to measure the Baryon Acoustic Oscillations (BAO) scale; providing tighter constraints on cosmological parameters when combined with matter tracers. These voids are defined as spheres larger than a given radius threshold, which is constant over the survey volume. However, the response of these void tracers to observational systematics has not yet been studied. In this work we analyse the response of void clustering to selection effects. We find for the case of moderate (<20 per cent) incompleteness, void selection based on a constant radius cut yields robust measurements. This is particularly true for BAO-reconstructed galaxy samples, where large-scale void exclusion effects are mitigated. Moreover, we observe for the case of severe (up to 90 per cent) incompleteness -- such as can be found at the edges of the radial selection function -- that an accurate estimation of the void distribution is necessary for unbiased clustering measurements. In addition, we find that without reconstruction, using a constant threshold under these conditions produces a stronger void exclusion effect that can affect the clustering on large scales. A new void selection criteria dependent on the (local) observed tracer density that maximises the BAO peak significance prevents the aforementioned exclusion features from contaminating the BAO signal. Finally, we verify, with large simulations including light cone evolution, that both void sample definitions (local and constant) yield unbiased and consistent BAO scale measurements.

研究动机与目标

• 評估選取效應（特別是巡天不完整度）對利用宇宙空洞進行BAO測量的影響。
• 比較兩種空洞選取方法的穩健性：固定半徑截斷與基於局部密度的半徑截斷。
• 確定在實際觀測系統性偏差下（特別是在不完整或非均勻巡天中），空洞聚集聚集是否保持無偏。
• 評估在重建與非重建星系樣本中，基於空洞的BAO測量表現。
• 驗證兩種空洞選取方法在光 cone 模擬中是否均能產生一致且無偏的BAO尺度測量。

提出的方法

• 使用Delaunay三角剖分空洞探測器（Dive）識別星系分佈中單形體的外接球作為空洞。
• 應用兩種空洞選取標準：(1) 固定半徑閾值（R > Rc），以及 (2) 基於局部密度的半徑（R > γ × n_gal(x)^ν）。
• 使用MD-Patchy光 cone 模擬與BOSS DR12數據，測試不同不完整度水平下聚集聚集的響應。
• 比較不同選取方案與紅移區間下的空洞-星系、星系-星系與空洞-空洞相關函數。
• 利用信噪比（SNR）最大化法，為每種tracer密度優化局部截斷參數（γ, ν）。
• 評估BAO峰的顯著性與α參數恢復，以評估測量偏差與精確度。

实验结果

研究问题

• RQ1 中等不完整度（<20%）如何影響使用固定半徑空洞選取的BAO測量？
• RQ2 嚴重不完整度（如徑向選取函數邊緣效應）對空洞聚集聚集與BAO信號恢復有何影響？
• RQ3 與固定半徑截斷相比，基於局部密度的空洞選取標準是否能有效降低大尺度空洞排除效應？
• RQ4 空洞重建如何影響選取效應下BAO測量的穩健性？
• RQ5 在現實的光 cone 模擬中，固定與局部空洞選取方法是否均能產生無偏且一致的BAO尺度測量？

主要发现

• 在中等不完整度（<20%）下，固定半徑空洞截斷在重建星系樣本中表現出穩健且無偏的BAO測量。
• 在嚴重不完整度（高達90%）下，固定半徑截斷在大尺度引入強烈的空洞排除效應，導致BAO信號偏差。
• 基於局部密度的空洞選取標準（R > γ × n_gal(x)^ν）有效抑制了空洞排除特徵，其聚集聚集表現與均勻Patchy模擬一致。
• 局部截斷在空洞-星系交叉相關中產生的BAO峰信噪比，甚至高於星系-星系自相關。
• 在光 cone 模擬中，固定與局部空洞選取方法均能實現無偏的α參數恢復，且BAO尺度測量精確度差異可忽略。
• 重建後，空洞排除效應顯著降低，使得固定截斷在高密度、類似LRG的樣本（如BOSS DR12）中已足夠用於穩健的BAO測量。