[论文解读] Intrinsic/Extrinsic Density-Ellipticity Correlations and Galaxy-Galaxy Lensing

Lam Hui, Jun Zhang|arXiv (Cornell University)|May 30, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 6

一句话总结

本文研究星系巡天中密度-椭圆率相关性，以区分本征对齐（intrinsic alignment）与引力透镜（外在）效应。通过解析模型与模拟，表明本征对齐对交叉相关性的贡献可忽略不计，使其成为分离透镜信号的强大诊断工具；尽管大尺度上潮汐场的非高斯性引入了与功率谱线性相关的微小本征贡献。

ABSTRACT

We compute both extrinsic (lensing) and intrinsic contributions to the (galaxy-)density-ellipticity correlation function, the latter done using current analytic theories of tidal alignment. The gravitational lensing contribution has two components: one is analogous to galaxy-galaxy lensing and the other arises from magnification bias -- that gravitational lensing induces a modulation of the galaxy density as well as ellipticity. On the other hand, the intrinsic alignment contribution vanishes, even after taking into account source clustering corrections, which suggests the density-ellipticity correlation might be an interesting diagnostic in differentiating between intrinsic and extrinsic alignments. {\it However}, an important assumption, commonly adopted by current analytic alignment theories, is the Gaussianity of the tidal field. Inevitable non-Gaussian fluctuations from gravitational instability induces a non-zero intrinsic density-ellipticity correlation, which we estimate. We also argue that non-Gaussian contributions to the intrinsic {\it ellipticity-ellipticity} correlation are often non-negligible. This leads to a linear rather than, as is commonly assumed, quadratic scaling with the power spectrum on sufficiently large scales. Finally, we estimate the contribution of intrinsic alignment to low redshift galaxy-galaxy lensing measurements (e.g. SDSS), due to the partial overlap between foreground and background galaxies: the intrinsic contamination is about 10 - 30 % at 10'. Uncertainties in this estimate are discussed.

研究动机与目标

• 区分星系密度-椭圆率相关性中本征（潮汐对齐）与外在（引力透镜）贡献。
• 评估密度-椭圆率交叉相关性是否可作为干净诊断工具，用于从本征对齐污染中分离弱透镜信号。
• 量化大尺度潮汐场非高斯性对本征对齐贡献至交叉相关性的影响。
• 估算低红移星系-星系透镜测量（如SDSS所测）中的本征对齐污染水平。
• 为观测应用开发实空间与傅里叶空间中密度-椭圆率相关性的稳健估计器。

提出的方法

• 通过两部分计算外在（透镜）贡献：标准星系-星系透镜效应与放大因子调制。
• 应用当前的潮汐对齐解析理论计算本征贡献，假设潮汐场为高斯分布。
• 将源星系聚类修正纳入本征对齐模型，表明其不会恢复非零的本征交叉相关性。
• 利用高阶统计量估算本征对齐的非高斯修正，发现其在大尺度上与功率谱呈线性比例。
• 开发基于星系对与像素化巡天的实空间交叉相关性估计器，通过随机点减法进行归一化。
• 推导傅里叶空间中的交叉功率谱估计器，表明当本征项消失时，其可分离外在贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准高斯潮汐场假设下，本征对齐是否会产生非零的密度-椭圆率相关性？
• RQ2 大尺度结构中的非高斯涨落如何影响密度-椭圆率相关性中的本征贡献？
• RQ3 低红移星系-星系透镜测量（如SDSS所测）中的本征对齐污染程度如何？
• RQ4 密度-椭圆率交叉相关性能否作为弱引力透镜的干净探针，完全避免本征对齐偏差？
• RQ5 当引入非高斯性时，特别是大尺度极限下，本征椭圆率相关性的标度律如何变化？

主要发现

• 在标准高斯潮汐场假设下，即使引入源星系聚类修正，本征密度-椭圆率相关性仍为零。
• 由引力不稳定性引起的非高斯涨落诱导出微小但非零的本征密度-椭圆率相关性，其在大尺度上与功率谱呈线性比例。
• 本征椭圆率-椭圆率相关性的非高斯贡献不可忽略，且否定了常见假设中与功率谱呈二次方比例的结论。
• 本征对齐使低红移星系-星系透镜测量在10角分角距离处的污染程度约为10–30%。
• 所提出的实空间与傅里叶空间交叉相关性估计器具有鲁棒性，当本征贡献可忽略时，可有效分离外在透镜信号。
• 傅里叶空间估计器 $\hat{P}_{\rm cross}(\ell)$ 提供了外在信号的无偏估计，其期望值由透镜项与放大因子调制项之和给出。