[论文解读] Hyper Suprime-Cam Year 3 Results: Cosmology from Cosmic Shear Two-point Correlation Functions

Xiangchong Li, Tianqing Zhang+33 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 23

一句话总结

对 HSC-Y3 宇宙剪切 2 点函数的盲分析在平坦 LCDM 下给出 Ω_m 与 S8 的约束；结果与其他 HSC 分析大体一致，但与 Planck-2018 CMB 存在约 2σ 的张力。

ABSTRACT

We perform a blinded cosmology analysis with cosmic shear two-point correlation functions (2PCFs) measured from more than 25 million galaxies in the Hyper Suprime-Cam three-year shear catalog in four tomographic redshift bins ranging from 0.3 to 1.5. After conservative masking and galaxy selection, the survey covers 416 deg$^2$ of the northern sky with an effective galaxy number density of 15 arcmin$^{-2}$ over the four redshift bins. The 2PCFs adopted for cosmology analysis are measured in the angular range: $7.1 < θ/{ m arcmin} < 56.6$ for $ξ_+$ and $31.2 <θ/{ m arcmin} < 248$ for $ξ_-$, with a total signal-to-noise ratio of 26.6. We apply a conservative, wide, flat prior on the photometric redshift errors on the last two tomographic bins, and the relative magnitudes of the cosmic shear amplitude across four redshift bins allow us to calibrate the photometric redshift errors. With this flat prior on redshift errors, we find $Ω_{ m m}=0.256_{-0.044}^{+0.056}$ and $S_8\equiv σ_8 \sqrt{Ω_{ m m}/0.3}=0.769_{-0.034}^{+0.031}$ (both 68\% CI) for a flat $Λ$ cold dark matter cosmology. We find, after unblinding, that our constraint on $S_8$ is consistent with the Fourier space cosmic shear and the 3$ imes$2pt analyses on the same HSC dataset. We carefully study the potential systematics from astrophysical and systematic model uncertainties in our fiducial analysis using synthetic data, and report no biases (including projection bias in the posterior space) greater than $0.5σ$ in the estimation of $S_8$. Our analysis hints that the mean redshifts of the two highest tomographic bins are higher than initially estimated. In addition, a number of consistency tests are conducted to assess the robustness of our analysis. Comparing our result with Planck-2018 cosmic microwave background observations, we find a ~$2σ$ tension for the $Λ$CDM model.

研究动机与目标

• 以弱引力透镜作为物质密度与聚簇幅度的探针，推动精确宇宙学。
• 从大规模、深层成像 survey 测量宇宙剪切的二点相关函数并校准光变红移的不确定性。
• 对一组全面的系统误差和建模不确定性进行边际化，以获得稳健的宇宙学约束。
• 将结果与外部探针（Planck、DES、KiDS）进行比较，并评估一致性和潜在张力。

提出的方法

• 在 HSC-Y3 目录中，使用四个分层红移箱测量实空间宇宙剪切的二点相关函数 ⅈ_+ 和 ⅈ_-。
• 用包含23个宇宙学、天体物理和干扰参数的前向模型来建模这两个点相关函数。
• 执行盲态嵌套贝叶斯分析以约束宇宙学参数，对 PSF、剪切标定、photo-z、非线性幂谱和重 baryonic 物理系统误差进行边际化。
• 在参数推断中使用 CAMIRA-LRG 互相关和自校准技术来校准光度红移分布。
• 使用合成数据向量和多种系统模型变体来评估鲁棒性，在 S8 的估计中报告偏差为 0–2.5σ。

实验结果

研究问题

• RQ1 在平坦 ΛCDM 模型下，HSC-Y3 的宇宙学约束是什么？
• RQ2 系统性不确定性（PSF 建模、剪切标定、photo-z、非线性幂谱、重 baryonic 物理）如何传播到 S8 与 Ωm 的约束？
• RQ3 在所采用的先验和模型内，HSC-Y3 宇宙剪切结果是否与 Planck-2018 CMB 测量及其他透镜 surveys（DES、KiDS）一致？

主要发现

• Ωm = 0.256_{-0.044}^{+0.056} 在平坦的 ΛCDM 模型下。
• S8 = 0.769_{-0.034}^{+0.031} (S8 d arg) 当定义为 σ8√(Ωm/0.3) 时。
• 在解盲后，约束与同一 HSC 数据集上的傅里叶空间宇宙剪切和 3×2pt 分析一致。
• 通过系统测试未发现对 S8 的估计中超过 0.5σ 的偏差（包括后验空间中的投影偏差）。
• 在两个最高分层箱中的平均红移可能高于初始估计；进行了若干内部一致性检查。