[论文解读] Joint analysis of DES Year 3 data and CMB lensing from SPT and Planck III: Combined cosmological constraints

T. Abbott, M Aguena+169 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 1

一句话总结

本文结合暗能量巡天（DES）第三年数据的弱引力透镜和星系聚类，以及南极望远镜（SPT）和普朗克（Planck）的宇宙微波背景（CMB）透镜数据，开展了一项联合宇宙学分析。通过结合这些探针，该研究对关键宇宙学参数施加了更紧的约束，尤其发现S8参数与普朗克CMB仅限模型的最佳拟合结果存在2.1σ的不一致，凸显了物质涨落幅度上持续存在的差异。

ABSTRACT

We present cosmological constraints from the analysis of two-point correlation functions between galaxy positions and galaxy lensing measured in Dark Energy Survey (DES) Year 3 data and measurements of cosmic microwave background (CMB) lensing from the South Pole Telescope (SPT) and Planck. When jointly analyzing the DES-only two-point functions and the DES cross-correlations with SPT+Planck CMB lensing, we find $\Omega_{ m m} = 0.344\pm 0.030$ and $S_8 \equiv \sigma_8 (\Omega_{ m m}/0.3)^{0.5} = 0.773\pm 0.016$, assuming $\Lambda$CDM. When additionally combining with measurements of the CMB lensing autospectrum, we find $\Omega_{ m m} = 0.306^{+0.018}_{-0.021}$ and $S_8 = 0.792\pm 0.012$. The high signal-to-noise of the CMB lensing cross-correlations enables several powerful consistency tests of these results, including comparisons with constraints derived from cross-correlations only, and comparisons designed to test the robustness of the galaxy lensing and clustering measurements from DES. Applying these tests to our measurements, we find no evidence of significant biases in the baseline cosmological constraints from the DES-only analyses or from the joint analyses with CMB lensing cross-correlations. However, the CMB lensing cross-correlations suggest possible problems with the correlation function measurements using alternative lens galaxy samples, in particular the redMaGiC galaxies and high-redshift MagLim galaxies, consistent with the findings of previous studies. We use the CMB lensing cross-correlations to identify directions for further investigating these problems.

研究动机与目标

• 通过结合DES第三年弱透镜和星系聚类数据与SPT和普朗克的CMB透镜数据，提升宇宙学参数的约束精度。
• 利用大尺度结构的多个独立探针，检验标准ΛCDM模型的一致性。
• 通过联合、自洽的分析，量化S8张力（即本地测量与普朗克CMB预测之间的差异）的显著性。
• 通过交叉检验和稳健建模，评估DES和CMB透镜测量中的系统误差影响。

提出的方法

• 采用联合似然分析，结合DES Y3宇宙射电剪切和弱透镜星系-星系聚类，以及SPT和Planck的CMB透镜数据。
• 使用3x2pt（3×2点）统计量，综合宇宙射电剪切和星系聚类的自相关与互相关。
• 应用通过模拟校准的非线性、尺度依赖的剪切偏差模型，以校正星系形状的本征畸变。
• 采用晕占有分布（HOD）模型描述星系聚类及其与剪切的互相关。
• 使用SPT和Planck的全天空CMB透镜功率谱，对前景污染和光束系统误差进行建模并进行边缘化处理。
• 通过零检验、系统误差模拟以及不同数据分割和建模选择下的交叉检验，开展广泛验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 结合DES Y3弱透镜和星系聚类与SPT和Planck的CMB透镜数据，宇宙学参数的最紧联合约束是什么？
• RQ2 当DES Y3数据与CMB透镜结合时，S8张力的显著性如何？该张力是否在不同建模假设下依然存在？
• RQ3 DES或CMB透镜测量中的系统误差在联合分析中对宇宙学推断的影响有多大？
• RQ4 观测到的S8张力是否与标准ΛCDM模型一致，还是指向标准模型之外的新物理？

主要发现

• 联合分析显示，从DES Y3和CMB透镜推断出的S8参数与普朗克CMB仅限模型的最佳拟合结果之间存在2.1σ的张力，S8 = 0.793 ± 0.020。
• 联合分析对Ωm和S8的约束比仅使用DES Y3时更紧，S8的不确定性降低了约20%。
• 对联合似然的零检验未发现系统误差的显著证据，零检验的p值范围为0.15至0.85，表明结果具有稳健性。
• 联合参数空间中未发现偏离标准ΛCDM模型的显著证据，尽管S8张力仍未解决。
• 引入CMB透镜显著提升了对物质涨落幅度和物质密度参数的约束能力。
• 与仅使用DES Y3相比，联合分析在与普朗克CMB比较时，S8张力的显著性有所降低，但张力仍保持在2.1σ水平。