[论文解读] Euclid preparation - LXIX. The impact of relativistic redshift-space distortions on two-point clustering statistics from the Euclid wide spectroscopic survey

Euclid Collaboration, Elkhashab, Mohamed Y.+253 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics被引用 1

一句话总结

本研究调查了欧几里得宽视场光谱巡天（EWSS）中的相对论性红移空间畸变（RSD），利用140份使用LIGER方法生成的模拟星系星表来模拟相对论效应。研究发现，弱引力透镜放大率和汇聚度在两点相关统计中留下可检测的痕迹，高红移星系的信噪比为2.5–6，若忽略透镜效应，则完整相对论性RSD模型在2.9σ显著性水平下被拒绝。

ABSTRACT

Measurements of galaxy clustering are affected by RSD. Peculiar velocities, gravitational lensing, and other light-cone projection effects modify the observed redshifts, fluxes, and sky positions of distant light sources. We determine which of these effects leave a detectable imprint on several 2-point clustering statistics extracted from the EWSS on large scales. We generate 140 mock galaxy catalogues with the survey geometry and selection function of the EWSS and make use of the LIGER method to account for a variable number of relativistic RSD to linear order in the cosmological perturbations. We estimate different 2-point clustering statistics from the mocks and use the likelihood-ratio test to calculate the statistical significance with which the EWSS could reject the null hypothesis that certain relativistic projection effects can be neglected in the theoretical models. We find that the combined effects of lensing magnification and convergence imprint characteristic signatures on several clustering observables. Their S/N ranges between 2.5 and 6 (depending on the adopted summary statistic) for the highest-redshift galaxies in the EWSS. The corresponding feature due to the peculiar velocity of the Sun is measured with a S/N of order one or two. The $P_{\ell}(k)$ from the catalogues that include all relativistic effects reject the null hypothesis that RSD are only generated by the variation of the peculiar velocity along the line of sight with a significance of 2.9 standard deviations. As a byproduct of our study, we demonstrate that the mixing-matrix formalism to model finite-volume effects in the $P_{\ell}(k)$ can be robustly applied to surveys made of several disconnected patches. Our results indicate that relativistic RSD, the contribution from weak gravitational lensing in particular, cannot be disregarded when modelling 2-point clustering statistics extracted from the EWSS.

研究动机与目标

• 评估相对论性红移空间畸变对欧几里得宽视场光谱巡天中两点相关统计的影响。
• 确定透镜放大率和汇聚度是否在大尺度相关观测中留下可检测的痕迹。
• 评估相对论效应（尤其是弱引力透镜）对功率谱多极矩和相关函数的统计显著性。
• 验证混合矩阵形式在具有不连通巡天区域的巡天中建模有限体积效应的稳健性。
• 检验是否可由EWSS数据拒绝忽略相对论效应的标准理论模型。

提出的方法

• 使用LIGER方法生成140份模拟星系星表，匹配EWSS的几何结构和选源函数，以在一阶宇宙扰动中包含相对论性RSD效应。
• 使用似然比检验评估在模拟中衍生的相关统计中检测相对论效应的统计显著性。
• 计算两点相关统计：相关函数和功率谱多极矩，比较包含与不包含相对论贡献的模型。
• 应用混合矩阵形式以校正巡天孔径函数，从而实现理论模型与模拟数据之间的比较。
• 将基于模拟的预测与结合线性物质功率谱和Kaiser的RSD模型的简单分析模型进行对比。
• 通过将理论预测与模拟结果的平均值进行比较，验证模拟的准确性及混合矩阵方法的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在EWSS的两点相关统计中检测到透镜放大率和汇聚度？
• RQ2 在功率谱多极矩中，检测超越标准视向速度效应的相对论性RSD的统计显著性如何？
• RQ3 有限体积效应和巡天几何结构（不连通区域）如何影响相关统计的建模？
• RQ4 标准Kaiser RSD模型是否足够，还是必须包含相对论修正以避免宇宙参数估计中的偏差？
• RQ5 混合矩阵形式是否可可靠地应用于由多个不连通巡天区域组成的巡天？

主要发现

• 透镜放大率和汇聚度在相关观测中留下可检测的痕迹，EWSS中最高红移星系的信噪比在2.5至6之间。
• 太阳的本动速度在大尺度上留下一个信噪比约为1至2的特征，使得在当前巡天精度下难以检测。
• 包含所有相对论效应的模拟中，功率谱多极矩拒绝了RSD仅由视线方向本动速度变化引起的原假设，显著性为2.9个标准差。
• 在红红移区间1.5 < z < 1.8中，包含所有相对论RSD的O模拟结果以2.9σ的显著性拒绝了窗函数校正后的Kaiser模型，表明透镜效应不可忽略。
• 混合矩阵形式在由多个不连通区域组成的巡天中具有稳健的适用性，理论校正模型与平均模拟结果之间高度一致。
• 在理论模型中忽略透镜放大率，会导致ΛCDM参数约束中出现0.4–0.7个标准差的系统性偏差，且在无模型依赖的生长率估计中偏差更大。