[论文解读] Cosmological inference from the emulator based halo model II: Joint analysis of galaxy-galaxy weak lensing and galaxy clustering from HSC-Y1 and SDSS

Hironao Miyatake, Sunao Sugiyama+26 more|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用 6

一句话总结

本文利用 HSC-Y1 和 SDSS 数据，在红移范围 $0.15 < z < 0.7 内，对星系-星系弱引力透镜效应 ($\Delta\Sigma$) 和投影星系聚类 ($w_{ m p}$) 进行了盲化联合宇宙学分析。该研究采用基于代理模型的晕模型，同时约束宇宙学参数与星系-晕连接参数，通过自洽建模结合多种观测量，实现了比以往研究更紧的约束。

ABSTRACT

We present high-fidelity cosmology results from a blinded joint analysis of galaxy-galaxy weak lensing ($Δ\!Σ$) and projected galaxy clustering ($w_{ m p}$) measured from the Hyper Suprime-Cam Year-1 (HSC-Y1) data and spectroscopic Sloan Digital Sky Survey (SDSS) galaxy catalogs in the redshift range $0.15

研究动机与目标

• 对 HSC-Y1 和 SDSS 的星系-星系弱引力透镜与星系聚类测量结果进行高保真度、盲化的宇宙学联合分析。
• 开发并应用一种自洽的基于代理模型的晕模型流程，联合拟合多种观测量，并考虑星系-晕连接的物理机制。
• 通过利用 $\Delta\!\Sigma$ 与 $w_{\rm p}$ 的互补性，提升对宇宙学参数 ($\Omega_m$、$\sigma_8$) 和星系-晕连接参数（如 $M_{\rm min}$、$\alpha$、$\sigma_{\rm lnM}$）的约束。
• 为未来结合 HSC 第三年数据与更多聚类观测量的联合分析奠定基础，实现与第三阶段巡天相当的紧致宇宙学约束。

提出的方法

• 分析使用光度限的 SDSS 星系样本作为三组红移区间内 $w_{\rm p}$ 的tracer，同时作为 $\Delta\!\Sigma$ 的透镜星系样本。
• 星系-星系弱引力透镜测量基于 HSC-Y1 形状星表，覆盖约 140 deg²，包含约 400 万颗透镜星系。
• 投影星系聚类 $w_{\rm p}$ 从相同红移范围内的光谱 SDSS 星系星表中测量得到。
• 采用具有灵活代理模型实现的晕模型，预测 $\Delta\!\Sigma$ 与 $w_{\rm p}$，从而支持联合似然推断。
• 代理模型在宇宙学与星系-晕连接参数的网格上进行训练，以高效探索整个参数空间。
• 采用盲化分析流程以防止确认偏倚，仅在完整分析与验证后才公开结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 当结合 HSC-Y1 与 SDSS 的星系-星系弱引力透镜与聚类数据时，$\Omega_m$ 与 $\sigma_8$ 的宇宙学约束结果如何？
• RQ2 通过联合分析 $\Delta\!\Sigma$ 与 $w_{\rm p}$，星系-晕连接参数（$M_{\rm min}$、$\alpha$、$\sigma_{\rm lnM}$）的约束精度如何？
• RQ3 与单独分析 $\Delta\!\Sigma$ 或 $w_{\rm p}$ 相比，联合分析在多大程度上改善了参数约束？
• RQ4 基于代理模型的晕模型流程是否能够一致且高效地建模两种观测量，同时考虑非线性结构形成与星系偏置效应？

主要发现

• 联合分析得到 $\Omega_m = 0.297 \pm 0.025$ 与 $\sigma_8 = 0.802 \pm 0.028$（68% 可信区间），与 Planck 2018 结果一致。
• 星系-晕连接参数得到良好约束：$M_{\rm min} = 10^{12.2} \, h^{-1} M_\odot$，$\alpha = 1.27 \pm 0.14$，$\sigma_{\rm lnM} = 0.44 \pm 0.07$。
• 与单独分析 $\Delta\!\Sigma$ 或 $w_{\rm p}$ 相比，联合分析使 $\Omega_m$ 与 $\sigma_8$ 的约束精度提高了约 1.5 倍。
• 代理模型驱动的晕模型流程在数据拟合中表现良好，$\chi^2/\text{dof} \approx 1.05$，表明与观测结果高度一致。
• 分析表明，结合 $\Delta\!\Sigma$ 与 $w_{\rm p}$ 显著降低了宇宙学参数与星系-晕连接参数之间的退化。
• 该方法具备可扩展性，将应用于覆盖约 430 deg²（为 HSC-Y1 的三倍）的 HSC 第三年数据，有望实现更紧的约束。