[论文解读] FLAMINGO: combining kinetic SZ effect and galaxy-galaxy lensing measurements to gauge the impact of feedback on large-scale structure

Ian G. McCarthy, A. Amon+14 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2024

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一句话总结

论文使用 FLAMINGO 宇宙学流体动力学模拟，联合建模 kSZ 与星系-星系透镜（galaxy-galaxy lensing）针对 BOSS 星系，并与 Planck+ACT 数据比较，以约束重子反馈及其对大尺度结构和 S8 张力的影响。

ABSTRACT

Energetic feedback processes associated with accreting supermassive black holes can expel gas from massive haloes and significantly alter various measures of clustering on ~Mpc scales, potentially biasing the values of cosmological parameters inferred from analyses of large-scale structure (LSS) if not modelled accurately. Here we use the state-of-the-art FLAMINGO suite of cosmological hydrodynamical simulations to gauge the impact of feedback on large-scale structure by comparing to Planck + ACT stacking measurements of the kinetic Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) effect of SDSS BOSS galaxies. We make careful like-with-like comparisons to the observations, aided by high precision KiDS and DES galaxy-galaxy lensing measurements of the BOSS galaxies to inform the selection of the simulated galaxies. In qualitative agreement with several recent studies using dark matter only simulations corrected for baryonic effects, we find that the kSZ effect measurements prefer stronger feedback than predicted by simulations which have been calibrated to reproduce the gas fractions of low redshift X-ray-selected groups and clusters. We find that the increased feedback can help to reduce the so-called S8 tension between the observed and CMB-predicted clustering on small scales as probed by cosmic shear (although at the expense of agreement with the X-ray group measurements). However, the increased feedback is only marginally effective at reducing the reported offsets between the predicted and observed clustering as probed by the thermal SZ (tSZ) effect power spectrum and tSZ effect--weak lensing cross-spectrum, both of which are sensitive to higher halo masses than cosmic shear.

研究动机与目标

• 说明理解来自吸积的超大质量黑洞的高能反馈如何在 Mpc 尺度上改变气体和物质的聚集是必要的。
• 利用最先进的流体动力学模拟量化重子物理过程（特别是AGN反馈）对大尺度结构观测量的影响。
• 通过基于透镜选取的对照，将 FLAMINGO 的预测与观测进行同类对比，匹配星系样本。
• 研究更强的反馈是否能让低红shift 的聚集测量与基于 CMB 的宇宙学结果相一致，包括对 S8 张力的影响的含义。

提出的方法

• 使用 FLAMINGO 宇宙学流体动力学模拟组，变量包括子网格反馈和气体分数。
• 构建全天空光锥图并进行后处理，生成星系-星系透镜和 kSZ 剖面。
• 选择模拟星系以匹配 BOSS LOWZ/CMASS 的观测透镜剖面，使用 KiDS 1000 与 DES Y3 数据来固定平均晕质量。
• 按照速度加权堆叠方法计算 kSZ 温度剖面，并按照观测分析中的 CAP 滤波进行处理。
• 在解释 kSZ 与透镜信号时，考虑卫星污染和速度重构偏差。
• 探索宇宙学和反馈参数的变化（包括 fgas 和 Jet_fgas 变体）以评估结论的鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 重子反馈，特别是 AGN 驱动过程，如何改变围绕类似 BOSS 的星系的 kSZ 与星系-星系透镜信号？
• RQ2 FLAMINGO 模拟是否需要比基准 X 射线校准模型更强的反馈来再现 kSZ 观测？
• RQ3 增加反馈在多大程度上可以缓解 S8 张力，以及与 tSZ 和透镜观测之间的权衡？
• RQ4 宇宙学与重子物理简并性如何影响对 kSZ 和透镜测量的解释？

主要发现

• kSZ 测量倾向于比针对低红shift X 射线群和团的基准 FLAMINGO 运行更强的反馈。
• 增加的反馈有助于在由宇宙学形变测量（cosmic shear）探测的小尺度上缓解 S8 张力。
• 然而，较强的反馈会恶化与 X 射线群气体分数的一致性，并且对 tSZ 功率谱与 tSZ-弱透镜互相关谱影响有限。
• 联合的 kSZ-透镜分析表明，重子过程在大尺度结构上留下的特征只能部分依赖基于 X 射线气体分数的标定来恢复。
• 基于透镜信息的星系选择对 BOSS 类样本的平均晕质量施加了严格约束，使得对 kSZ 信号的类比对比具有意义。