[论文解读] Cosmological implications of the full shape of anisotropic clustering measurements in BOSS and eBOSS

Agne Semenaite, Ariel G. Sánchez+11 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 93被引用 49

一句话总结

本文利用更新后的非线性物质功率谱和非局部晕 bias 模型，对BOSS和eBOSS巡天的各向异性红移空间幂律分布进行了全形状分析，独立于哈勃参数约束了平坦ΛCDM参数。结果与普朗克CMB数据高度一致（0.64σ张力），在施加普朗克先验时，对更高的物理暗能量密度（ωDE）表现出1.7σ的偏好，提示低红移结构增长可能存在潜在矛盾。

ABSTRACT

We present the analysis of the full shape of anisotropic clustering measurement from the extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS) quasar sample together with the combined galaxy sample from the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), re-analysed using an updated recipe for the non-linear matter power spectrum and the non-local bias parameters. We obtain constraints for flat $\Lambda$CDM cosmologies, focusing on the cosmological parameters that are independent of the Hubble parameter $h$. Our recovered value for the RMS linear perturbation theory variance as measured on the scale of $12\,{ m Mpc}$ is $\sigma_{12}=0.805\pm 0.049$, while using the traditional reference scale of $8\,h^{-1}{ m Mpc}$ gives $\sigma_{8}=0.815\pm 0.044$. We quantify the agreement between our measurements and the latest CMB data from Planck using the suspiciousness metric, and find them to be consistent within $0.64 \pm 0.03\sigma$. Combining our clustering constraints with the $3 imes2$pt data sample from the Dark Energy Survey (DES) Year 1 release slightly degrades this agreement to the level of $1.54 \pm 0.08\sigma$, while still showing an overall consistency with Planck. We furthermore study the effect of imposing a Planck - like prior on the parameters that define the shape of the linear matter power spectrum, and find significantly tighter constraints on the parameters that control the evolution of density fluctuations. In particular, the combination of low-redshift data sets prefers a value of the physical dark energy density $\omega_{ m DE}=0.335 \pm 0.011$, which is 1.7$\sigma$ higher than the one preferred by Planck.

研究动机与目标

• 通过分析各向异性聚类的全形状，而非BAO和RSD等总结统计量，改进低红移大尺度结构的宇宙学约束。
• 更新非线性物质功率谱和非局部晕 bias 参数的建模，以提高聚类预测的准确性。
• 在ΛCDM框架下，测试低红移聚类数据与普朗克CMB结果之间的内部一致性。
• 利用联合聚类与弱引力透镜数据，研究参数退化关系与矛盾，特别是结构增长和原初振幅方面的矛盾。
• 探讨对形状参数（ωb, ωc, ns）施加普朗克先验对演化参数（如ωDE）约束的影响。

提出的方法

• 在配置空间中对BOSS星系样本的聚类楔形结构和eBOSS DR16类星体样本的勒让德多极矩进行全形状拟合。
• 采用更新后的非线性物质功率谱和非局部晕 bias 参数的模型，改进对非线性结构形成的建模。
• 直接比较不同宇宙学模型的理论聚类预测与观测数据，避免使用RSD和BAO总结统计量。
• 聚焦于独立于哈勃参数h的宇宙学参数，如σ12、σ8、ωm、ωDE和As。
• 将聚类数据与DES第一年3×2pt弱引力透镜测量结果结合，形成联合的低红移约束。
• 对普朗克推导的形状参数（ωb, ωc, ns）施加高斯先验，以评估其对演化参数约束的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 与总结统计量相比，对BOSS和eBOSS数据进行全形状聚类分析在ΛCDM参数约束上带来了哪些改进？
• RQ2 在使用全形状建模时，低红移聚类数据与普朗克CMB测量之间的张力水平如何？
• RQ3 对形状参数（ωb, ωc, ns）施加普朗克先验，如何影响对演化参数（如ωDE）的约束？
• RQ4 数据对原初涨落振幅（As）和结构增长的暗示与普朗克结果相比如何？
• RQ5 在Ωm–σ8或log(1010As)–σ12等参数组合中是否存在系统性差异，提示结构形成存在不一致？

主要发现

• 12 Mpc处的线性扰动方差均方根为σ12 = 0.805 ± 0.049，8 h−1 Mpc处为σ8 = 0.815 ± 0.044。
• 使用可疑性度量，聚类数据与普朗克CMB的一致性为0.64 ± 0.03σ，表明无显著张力。
• 与DES第一年3×2pt数据联合后，张力上升至1.54 ± 0.08σ，但仍与普朗克结果一致。
• 对ωb、ωc和ns施加普朗克先验，显著收紧了对演化参数的约束，特别是ωDE。
• 联合低红移数据对ωDE = 0.335 ± 0.011的偏好，比普朗克偏好值高出1.7σ，提示暗能量密度演化可能存在矛盾。
• 数据表明在固定σ12下，原初振幅（As）存在更高偏好，提示低红移探测器所支持的结构增长强于普朗克预测。