[论文解读] KiDS & Euclid: Cosmological implications of a pseudo angular power spectrum analysis of KiDS-1000 cosmic shear tomography

E. Branchini, Konrad Kuijken+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 19被引用 9

一句话总结

本研究采用专为欧几勒任务设计的伪角功率谱估计器，对KiDS-1000的弱引力透镜效应进行了断层成像分析，分析了跨越五个红移区间的2100万颗星系。在76 < ℓ < 1500范围内测量了宇宙射电功率谱，得到ΛCDM模型下的S₈ = 0.754⁺⁰.⁰²⁷₋₀.⁰²⁹，当与SDSS和莱曼-α数据结合时，精度提升至0.771⁺⁰.⁰⁰⁶₋₀.⁰³²，与早期宇宙CMB约束存在约3σ的张力。

ABSTRACT

We present a tomographic weak lensing analysis of the Kilo Degree Survey Data Release 4 (KiDS-1000), using a new pseudo angular power spectrum estimator (pseudo-$C_{\ell}$) under development for the ESA Euclid mission. Over 21 million galaxies with shape information are divided into five tomographic redshift bins, ranging from 0.1 to 1.2 in photometric redshift. We measured pseudo-$C_{\ell}$ using eight bands in the multipole range $76<\ell<1500$ for auto- and cross-power spectra between the tomographic bins. A series of tests were carried out to check for systematic contamination from a variety of observational sources including stellar number density, variations in survey depth, and point spread function properties. While some marginal correlations with these systematic tracers were observed, there is no evidence of bias in the cosmological inference. B-mode power spectra are consistent with zero signal, with no significant residual contamination from E/B-mode leakage. We performed a Bayesian analysis of the pseudo-$C_{\ell}$ estimates by forward modelling the effects of the mask. Assuming a spatially flat $\Lambda$CDM cosmology, we constrained the structure growth parameter $S_8 = \sigma_8(\Omega_{ m m}/0.3)^{1/2} = 0.754_{-0.029}^{+0.027}$. When combining cosmic shear from KiDS-1000 with baryon acoustic oscillation and redshift space distortion data from recent Sloan Digital Sky Survey (SDSS) measurements of luminous red galaxies, as well as the Lyman-$\alpha$ forest and its cross-correlation with quasars, we tightened these constraints to $S_8 = 0.771^{+0.006}_{-0.032}$. These results are in very good agreement with previous KiDS-1000 and SDSS analyses and confirm a $\sim 3\sigma$ tension with early-Universe constraints from cosmic microwave background experiments.

研究动机与目标

• 将专为欧几勒任务开发的新伪角功率谱估计器应用于KiDS-1000的宇宙射电数据，以提升宇宙学约束精度。
• 检验观测效应（如恒星密度、观测深度和PSF变化）对弱引力透镜功率谱可能造成的系统性污染。
• 评估B模功率谱作为E/B模泄漏和残余系统误差探测手段的重要性。
• 在空间平坦ΛCDM模型下，利用KiDS-1000剪切数据及外部数据集约束结构增长参数S₈。
• 评估晚期宇宙弱引力透镜结果与宇宙微波背景实验早期宇宙约束之间的一致性。

提出的方法

• 将伪角功率谱估计器（pseudo-Cℓ）应用于KiDS-1000的宇宙射电数据，使用2100万颗星系，按五个光谱红移区间（0.1 ≤ z ≤ 1.2）划分。
• 在多极数范围76 < ℓ < 1500内测量了八个光谱波段的自相关与互相关功率谱。
• 通过相关性分析检验恒星数量密度、观测深度变化和PSF特性等系统效应，评估其潜在偏差。
• 在贝叶斯框架中正向建模观测掩膜的影响，以确保准确的似然推断。
• 分析中包含B模功率谱，以检验E/B模泄漏和残余系统误差。
• 在平坦ΛCDM模型下导出S₈约束，并将KiDS-1000剪切数据与SDSS的BAO、RSD及莱曼-α森林数据结合。

实验结果

研究问题

• RQ1 应用于KiDS-1000宇宙射电数据的伪-Cℓ估计器是否能提供免受系统污染影响的稳健宇宙学约束？
• RQ2 恒星密度和PSF变化等观测系统误差在多大程度上影响测量的功率谱？
• RQ3 B模功率谱中是否存在显著的残余E/B模泄漏，表明存在系统性偏差？
• RQ4 KiDS-1000得到的S₈约束与早期宇宙CMB实验结果相比如何？
• RQ5 将KiDS-1000宇宙射电数据与SDSS及莱曼-α森林观测的外部数据集结合后，S₈精度有何提升？

主要发现

• 伪-Cℓ估计器在76 < ℓ < 1500范围内成功测量了宇宙射电功率谱，未发现来自恒星密度、观测深度或PSF变化等系统性追踪量的显著偏差。
• B模功率谱与零值一致，表明无显著残余E/B模泄漏或系统误差。
• 在平坦ΛCDM模型下，仅基于KiDS-1000的S₈参数约束为0.754⁺⁰.⁰²⁷₋₀.⁰²⁹。
• 当与SDSS的BAO、RSD及莱曼-α森林数据结合时，S₈约束收紧至0.771⁺⁰.⁰⁰⁶₋₀.⁰³²。
• 结合后的S₈结果与早期宇宙CMB实验的约束仍存在约3σ的张力。
• 结果与先前的KiDS-1000和SDSS分析一致，验证了伪-Cℓ方法在未来的欧几勒宇宙学研究中的稳健性。