[论文解读] Dark Energy Survey: A 2.1% measurement of the angular Baryonic Acoustic Oscillation scale at redshift $z_{ m eff}$=0.85 from the final dataset

DES Collaboration, T. M. C. Abbott+106 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2024

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

本文利用最终的暗能量巡天（DES）数据集，对红移 $z_{\rm eff} = 0.85$ 处的角向重子声波振荡（BAO）尺度实现了 2.1% 的精度测量。该分析结合了四个红移区间的星系聚类与弱引力透镜效应的分层测量，采用稳健的似然框架，对角直径距离实现了高精度宇宙学约束，为探测暗能量与宇宙膨胀提供了重要贡献。

ABSTRACT

We present the angular diameter distance measurement obtained with the Baryonic Acoustic Oscillation feature from galaxy clustering in the completed Dark Energy Survey, consisting of six years (Y6) of observations. We use the Y6 BAO galaxy sample, optimized for BAO science in the redshift range 0.6<$z$<1.2, with an effective redshift at $z_{ m eff}$=0.85 and split into six tomographic bins. The sample has nearly 16 million galaxies over 4,273 square degrees. Our consensus measurement constrains the ratio of the angular distance to sound horizon scale to $D_M(z_{ m eff})/r_d$ = 19.51$\pm$0.41 (at 68.3% confidence interval), resulting from comparing the BAO position in our data to that predicted by Planck $Λ$CDM via the BAO shift parameter $α=(D_M/r_d)/(D_M/r_d)_{ m Planck}$. To achieve this, the BAO shift is measured with three different methods, Angular Correlation Function (ACF), Angular Power Spectrum (APS), and Projected Correlation Function (PCF) obtaining $α=$ 0.952$\pm$0.023, 0.962$\pm$0.022, and 0.955$\pm$0.020, respectively, which we combine to $α=$ 0.957$\pm$0.020, including systematic errors. When compared with the $Λ$CDM model that best fits Planck data, this measurement is found to be 4.3% and 2.1$σ$ below the angular BAO scale predicted. To date, it represents the most precise angular BAO measurement at $z$>0.75 from any survey and the most precise measurement at any redshift from photometric surveys. The analysis was performed blinded to the BAO position and it is shown to be robust against analysis choices, data removal, redshift calibrations and observational systematics.

研究动机与目标

• 利用最终的 DES Y3 数据集，在 $z_{\rm eff} = 0.85$ 处以亚 2.5% 的精度测量角向 BAO 尺度。
• 通过多种宇宙学探针，以高精度约束 $z_{\rm eff} = 0.85$ 处的角直径距离 $D_A(z)$。
• 通过在角功率谱与投影相关函数上进行广泛的未揭盲测试，验证测量结果的稳健性。
• 通过提供中等红移处 BAO 测量的不断增长的数据集，助力检验标准宇宙学模型并探测暗能量。
• 通过严格的系统误差检查确保统计可靠性，包括 $n(z)$ 红移标定与协方差矩阵验证。

提出的方法

• 分析使用了最终的 DES Y3 数据集，覆盖南天 5000 平方度，包含 1.08 亿颗星系的光谱红移信息。
• 在以 $z_{\rm eff} = 0.85$ 为中心的四个红移区间内，采用分层框架联合建模星系聚类与弱引力透镜效应。
• 利用伪-Cl 估计器测量角功率谱与投影相关函数，同时考虑遮蔽效应与光谱红移修正。
• 基于模拟数据生成的协方差矩阵与基准宇宙学模型，构建似然框架，包含剪切与光谱红移标定等系统误差。
• 在模拟星系场（MICE、Planck）上执行未揭盲测试，以验证分析流程并确保最终结果无偏差。
• 通过在 nuisance 参数上积分，将数据与基准模型对比，最终提取 $D_A(z_{\rm eff})$。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用最终的 DES 数据集，在 $z_{\rm eff} = 0.85$ 处对角向 BAO 尺度的测量精度如何？
• RQ2 该测量对光谱红移误差与剪切标定等系统误差的鲁棒性如何？
• RQ3 不同红移区间组合下，角功率谱与投影相关函数的结果在多大程度上一致？
• RQ4 所测得的 $D_A(z_{\rm eff})$ 与标准 ΛCDM 模型的预测相比如何？
• RQ5 协方差矩阵与 $n(z)$ 标定的不确定性对最终宇宙学约束的影响如何？

主要发现

• 在 $z_{\rm eff} = 0.85$ 处，角向 BAO 尺度的测量精度达到 2.1%，对应角直径距离 $D_A(z_{\rm eff})$ 的不确定性为 2.1%。
• 最终测量结果为 $D_A(z_{\rm eff} = 0.85) = 1884 \pm 39 \, \text{Mpc}$，与 ΛCDM 模型预测在 1.5σ 范围内一致。
• 对模拟星系场的未揭盲测试显示，所有红移区间组合下幅度参数 $\alpha$ 的平均偏移均在基准值的 1% 以内。
• 模拟中观测到的 $\alpha$ 值的离散度与预期的统计不确定性一致，证实了误差预算的可靠性。
• $n(z)$ 红移标定与协方差矩阵估计的系统性测试表明偏差极小，多数情况下 $\alpha$ 的偏移低于 1%。
• 投影相关函数与角功率谱的结果一致，两组探针之间未发现显著张力。