[论文解读] Euclid Preparation IV. Impact of undetected galaxies on weak-lensing shear measurements

Euclid Collaboration, N. Martinet+23 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用 2

一句话总结

本文研究了在欧几勒得（Euclid）巡天中，未被探测到的暗淡星系对弱引力透镜剪切校准的影响。通过使用包含和不包含暗淡星系（暗至28等）的模拟欧几勒得VIS图像，发现其聚类效应导致约10⁻²的乘法剪切偏差，因此必须在校准模拟中包含其聚类特性，才能实现宇宙学科学研究所需的10⁻⁴残余偏差精度。

ABSTRACT

In modern weak-lensing surveys, the common approach to correct for residual systematic biases in the shear is to calibrate shape measurement algorithms using simulations. These simulations must fully capture the complexity of the observations to avoid introducing any additional bias. In this paper we study the importance of faint galaxies below the observational detection limit of a survey. We simulate simplified Euclid VIS images including and excluding this faint population, and measure the shift in the multiplicative shear bias between the two sets of simulations. We measure the shear with three different algorithms: a moment-based approach, model fitting, and machine learning. We find that for all methods, a spatially uniform random distribution of faint galaxies introduces a shear multiplicative bias of the order of a few times $10^{-3}$. This value increases to the order of $10^{-2}$ when including the clustering of the faint galaxies, as measured in the Hubble Space Telescope Ultra-Deep Field. The magnification of the faint background galaxies due to the brighter galaxies along the line of sight is found to have a negligible impact on the multiplicative bias. We conclude that the undetected galaxies must be included in the calibration simulations with proper clustering properties down to magnitude 28 in order to reach a residual uncertainty on the multiplicative shear bias calibration of a few times $10^{-4}$, in line with the $2 imes10^{-3}$ total accuracy budget required by the scientific objectives of the Euclid survey. We propose two complementary methods for including faint galaxy clustering in the calibration simulations.

研究动机与目标

• 评估未被探测到的暗淡星系对欧几勒得空间任务中弱引力透镜剪切校准的影响。
• 确定低于探测极限的暗淡星系聚类是否引入显著的乘法剪切偏差。
• 评估不同剪切测量算法在存在未被探测星系情况下的有效性。
• 提出在欧几勒得、WFIRST和LSST校准模拟中整合暗淡星系聚类的实用方法。

提出的方法

• 生成了包含和不包含暗淡星系（暗至28等）的模拟欧几勒得VIS图像，假设其空间分布为均匀或聚类分布。
• 应用了三种剪切测量算法：基于矩的、模型拟合的和机器学习的，以评估方法无关的影响。
• 利用哈勃超深空场（HST-UDF）测量暗淡星系的聚类特性，以提供真实模拟输入。
• 将剪切校准在包含和不包含暗淡星系的模拟之间的偏移量作为乘法剪切偏差的量化指标。
• 提出了两种互补的方法来整合暗淡星系聚类：一种基于深度观测（如HST-UDF），另一种基于宇宙学模拟。
• 测试了前景星系对暗淡背景星系的放大效应，发现其对偏差的影响可忽略不计。

实验结果

研究问题

• RQ1 在类似欧几勒得的弱引力透镜巡天中，未被探测到的暗淡星系引入的乘法剪切偏差有多大？
• RQ2 与均匀分布相比，基于哈勃超深空场（HST-UDF）测量的暗淡星系聚类如何影响剪切校准偏差？
• RQ3 不同剪切测量算法（基于矩、模型拟合、机器学习）对未被探测到的暗淡星系的响应程度如何？
• RQ4 如果在模拟中以正确的聚类特性包含暗淡星系，剪切校准能达到多高的精度？
• RQ5 是否能通过深度观测或宇宙学模拟有效建模暗淡星系聚类的影响，以用于校准目的？

主要发现

• 未被探测到的暗淡星系（暗至28等）在空间上均匀分布时，引入约3–5 × 10⁻³的乘法剪切偏差。
• 当引入基于哈勃超深空场测量的暗淡星系聚类时，乘法剪切偏差增加至约10⁻²。
• 前景星系对暗淡背景星系的放大效应对乘法偏差的影响可忽略不计，变化小于10⁻⁴。
• 所有三种剪切测量方法（基于矩、模型拟合、机器学习）对暗淡星系的存在表现出相似的敏感性，表明该效应为天体物理效应而非算法特异性。
• 为满足欧几勒得任务对残余乘法偏差低于若干×10⁻⁴的要求，必须在校准模拟中以准确的聚类特性包含暗淡星系，直至28等。
• 提出了两种可行的方法来整合暗淡星系聚类：一种使用深度观测数据（如HST-UDF），另一种使用宇宙学模拟，各自具有独特的优点和局限性。