[论文解读] Extraction of Cosmological Information from WiggleZ

S. R. Hinton|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2016

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

该论文从最终WiggleZ巡天中2D各向异性重子声波振荡（BAO）信号提取宇宙学参数，采用多重矩和扇区数据格式。该研究应用经过验证的模型，并结合WizCOLA模拟得到的协方差矩阵，成功约束了三个红移区间（z ≈ 0.44, 0.60, 0.73）的Ωch²、H(z)和DA(z)，结果与平坦ΛCDM宇宙学模型一致。

ABSTRACT

In this thesis, I analyse the 2D anisotropic Baryon Acoustic Oscillation (BAO) signal present in the final WiggleZ dataset. I utilise newly released covariance matrices from the WizCOLA simulations and follow well tested methodologies used in prior analyses of the BAO signal in alternative datasets. The WiggleZ data is presented in two forms - in multipole expansion and in data wedges - both of which are analysed in this thesis. I test my model against previous one dimensional analyses of the BAO signal in the WiggleZ data and against WizCOLA simulations, and find it to be free of bias or systematic offsets. However, the analysis on the wedge data format was unable to properly constrain cosmological parameters, and thus discarded in favour of the multipole analysis. The multipole analysis determined $Ω_c h^2$, $H(z)$ and $D_A(z)$ for three redshift bins, of effective redshifts $z = 0.44, 0.60$ and $0.73$. The respective constraints on $Ω_c h^2$ are $0.119^{+0.029}_{-0.026}$, $0.151^{+0.038}_{-0.025}$ and $0.140^{+0.036}_{-0.022}$. The fits for $H(z)$ are respectively $87 \pm 16$, $90 \pm 15$ and $82 \pm 13$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$, and for $D_A(z)$ I find values of $1300 \pm 160$, $1300 \pm 180$ and $1350 \pm 160$ Mpc. These cosmological constraints are consistent with Flat $Λ$CDM cosmology.

研究动机与目标

• 通过先进的统计建模方法，从最终WiggleZ数据集的2D各向异性BAO信号中提取宇宙学信息。
• 通过与先前的一维BAO分析及WizCOLA模拟对比，验证分析方法，确保不存在系统性偏差。
• 比较两种数据表示方法——多重矩展开与数据扇区——在宇宙学参数估计中的性能与一致性。
• 利用WizCOLA模拟改进的协方差矩阵，对三个红移区间实现稳健且模型无关的Ωch²、H(z)和DA(z)约束。
• 通过外部数据对比与似然分析，确认结果与平坦ΛCDM模型的一致性。

提出的方法

• 利用WiggleZ数据集中2D各向异性BAO信号，分别以多重矩和扇区数据格式进行分析。
• 应用一个基于物理的模型，包含BAO阻尼、非线性增长、放大系数偏差及相关函数中的各向异性效应。
• 采用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）技术拟合模型至数据，估算宇宙学参数及其不确定性。
• 使用新发布的WizCOLA模拟协方差矩阵，改进了先前基于对数正态分布方法的误差估计。
• 通过在WizCOLA模拟真实样本上测试模型，验证其有效性，并与先前的一维BAO分析结果进行对比。
• 采用两种协方差估计方法对红移区间数据进行联合处理：参数协方差与全数据协方差，选择一致性更高的方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于多重矩和扇区数据格式，2D各向异性BAO模型能否准确从WiggleZ数据集中提取宇宙学参数？
• RQ2 在WizCOLA模拟测试下，该模型是否表现出系统性偏差？其结果是否与先前的一维BAO分析一致？
• RQ3 在宇宙学参数约束方面，多重矩表示法与扇区表示法中哪一种更可靠且一致？
• RQ4 所推导出的Ωch²、H(z)和DA(z)约束与平坦ΛCDM模型及外部BAO测量结果相比如何？
• RQ5 与先前方法相比，WizCOLA推导的协方差矩阵在多大程度上改善了参数不确定性估计？

主要发现

• 基于多重矩的分析成功约束了宇宙学参数，且未检测到系统性偏差，经WizCOLA模拟和先前一维分析验证确认。
• 基于扇区的分析内部不一致，未能有效约束关键参数，因此被排除在最终结果之外。
• 对于红移区间 z ≈ 0.44，结果为 Ωch² = 0.119⁺⁰.⁰²⁹₋₀.⁰²⁶，H(z) = 87 ± 16 km s⁻¹ Mpc⁻¹，DA(z) = 1300 ± 160 Mpc。
• 对于 z ≈ 0.60，约束结果为 Ωch² = 0.151⁺⁰.⁰³⁸₋₀.⁰²⁵，H(z) = 90 ± 15 km s⁻¹ Mpc⁻¹，DA(z) = 1300 ± 180 Mpc。
• 对于 z ≈ 0.73，结果为 Ωch² = 0.140⁺⁰.⁰³⁶₋₀.⁰²²，H(z) = 82 ± 13 km s⁻¹ Mpc⁻¹，DA(z) = 1350 ± 160 Mpc。
• 所有推导出的约束均与平坦ΛCDM宇宙学模型一致，经与Planck数据及外部BAO测量对比确认。