[论文解读] Cosmology from large-scale structure: Constraining $Λ$CDM with BOSS

Tilman Tröster, Ariel G. Sánchez+10 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Sep 24, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 33被引用 46

一句话总结

该论文使用完整形状信息重新分析 BOSS DR12 的各向异性星系聚簇，以约束平坦的 ΛCDM，检验与 Planck 的一致性，并与 KV450 弱透镜数据结合以改善约束并评估跨探针张力。

ABSTRACT

We reanalyse the anisotropic galaxy clustering measurement from the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), demonstrating that using the full shape information provides cosmological constraints that are comparable to other low-redshift probes. We find $Ω_\mathrm{m} = 0.317^{+0.015}_{-0.019}$, $σ_8 = 0.710\pm 0.049$, and $h = 0.704\pm 0.024$ for flat $Λ$CDM cosmologies using uninformative priors on $Ω_\mathrm{c}h^2$, $100θ_\mathrm{MC}$, $\ln 10^{10} A_{s}$, and $n_{s}$, and a prior on $Ω_\mathrm{b}h^2$ that is much wider than current constraints. We quantify the agreement between the Planck 2018 constraints from the cosmic microwave background and BOSS, finding the two data sets to be consistent within a flat $Λ$CDM cosmology using the Bayes factor as well as the prior-insensitive suspiciousness statistic. Combining two low-redshift probes, we jointly analyse the clustering of BOSS galaxies with weak lensing measurements from the Kilo-Degree Survey (KV450). The combination of BOSS and KV450 improves the measurement by up to 45%, constraining $σ_8 = 0.702\pm 0.029$ and $S_8 = σ_8\sqrt{Ω_\mathrm{m}/0.3} = 0.728\pm 0.026$. Over the full 5D parameter space, the odds in favour of single cosmology describing galaxy clustering, lensing, and the cosmic microwave background are $7\pm2$. The suspiciousness statistic signals a $2.1\pm0.3σ$ tension between the combined low-redshift probes and measurements from the cosmic microwave background.

研究动机与目标

• 推动基于低红移大尺度结构（LSS）测量的精准宇宙学研究。
• 从各向异性星系聚簇中提取完整形状信息以在不依赖外部数据的情况下约束 ΛCDM。
• 评估 BOSS 低红移结果与 Planck CMB 约束的一致性。
• 展示将 BOSS 与弱透镜数据（KV450）结合所带来的改进。

提出的方法

• 在两个赤径区间（0.2≤z<0.5 和 0.5≤z<0.75）使用 BOSS DR12 的完整各向异性相关函数楔形。
• 用 gRPT 模型非线性物质演化以及带有每个区间自由参数的偏置/RSD 框架进行建模。
• 包含 Alcock-Paczynski 重缩放以考虑几何效应，并拟合 fσ8、q⊥、q∥ 及相关参数。
• 使用 CosmoMC 和 CosmoSIS，在无信息先验下进行参数推断（除了 Ωb h^2）。
• 在模拟（Minerva、MD-Patchy 模拟）上验证模型并测试尺度截断以确保鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅从 BOSS DR12 全形状聚簇数据能够获得哪些平坦的 ΛCDM 参数约束？
• RQ2 在 ΛCDM 框架下，BOSS DR12 全形状结果是否与 Planck CMB 约束一致？
• RQ3 将弱透镜（KV450）与 BOSS DR12 聚簇数据结合，如何改善参数约束并影响与 Planck 的张力？
• RQ4 在 ΛCDM 下，低红移探针（BOSS+KV450）与 Planck 之间的一致性或张力水平如何？

主要发现

• Ωm = 0.317^{+0.015}_{-0.019}。
• σ8 = 0.710 ± 0.049。
• h = 0.704 ± 0.024。
• BOSS+KV450 给出 σ8 = 0.702 ± 0.029 和 S8 = 0.728 ± 0.026。
• 在低-高 redshift 探针统一一个宇宙学模型的几率：7 ± 2（贝叶斯因子）。
• Suspiciousness log S = 0.13 ± 0.11，意味着低红移探针与 Planck 之间的张力为 0.76 ± 0.05 σ。
• Joint BOSS+KV450 约束的 S8 与 Planck 一致，但在 Planck 比较中低于 Planck 3.4σ。
• 将低-redshift σ8 与 KV450 与 CMB 数据结合时，与 Planck 的张力约为 ~2.1σ（suspiciousness）。