[论文解读] Optical Cluster Cosmology with SDSS redMaPPer clusters and HSC-Y3 lensing measurements

Tomomi Sunayama, Hironao Miyatake+10 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, PhenomenaPhysics and Astronomy被引用 3

一句话总结

本文采用全正向建模方法，对SDSS红玛瑙星系团目录与HSC-Y3弱强引力透镜数据进行盲联合宇宙学分析，考虑了投影效应引起的各向异性增强及重子反馈影响。分析结果给出稳健的 $ S_8 = 0.816^{+0.041}_{-0.039} $ 约束，与CMB及大尺度结构结果一致，表明在不使用信息性先验的情况下实现了无偏宇宙学约束。

ABSTRACT

We present cosmology results obtained from a blind joint analysis of the abundance, projected clustering, and weak lensing of galaxy clusters measured from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) redMaPPer cluster catalog and the Hyper-Suprime Cam (HSC) Year3 shape catalog. We present a full-forward model for the cluster observables, which includes empirical modeling for the anisotropic boosts on the lensing and clustering signals of optical clusters. We validate our analysis via mock cluster catalogs which include observational systematics, such as the projection effect and the effect of baryonic feedback, and find that our analysis can robustly constrain cosmological parameters in an unbiased manner without any informative priors on our model parameters. The joint analysis of our observables in the context of the flat $Λ$CDM model results in cosmological constraints for $S_8\equiv σ_8 \sqrt{Ω_{ m m} / 0.3}=0.816^{+0.041}_{-0.039}$. Our result is consistent with the $S_8$ inference from other cosmic microwave background- and large scale structure-based cosmology analyses, including the result from the \emph{Planck} 2018 primary CMB analysis.

研究动机与目标

• 利用光学星系团对星系团丰度、投影聚类与弱强引力透镜信号进行盲联合分析，以约束宇宙学参数。
• 对由于视线方向投影效应与丝状结构引起的弱强引力透镜与聚类信号中的各向异性增强进行建模与修正。
• 利用包含观测系统误差（如投影效应与重子反馈）的现实模拟星系团目录验证分析流程的稳健性。
• 在模型参数上不使用信息性先验的情况下，实现无偏宇宙学约束。
• 提出一种基于丰度与强引力透镜数据的自校准光学星系团宇宙学框架。

提出的方法

• 采用全正向建模方法模拟星系团可观测量，包括丰度、投影聚类与弱强引力透镜信号。
• 通过经验建模方式纳入弱强引力透镜与聚类信号中的各向异性增强，以考虑视线方向的投影效应与丝状结构对齐影响。
• 生成包含真实系统误差（如投影效应与重子反馈）的模拟数据，以检验分析的稳健性。
• 采用盲分析方式，不使用模型参数的信息性先验推导宇宙学约束。
• 以平坦 $\Lambda$CDM 模型作为基准宇宙学，其中 $S_8 = \sigma_8 \sqrt{\Omega_{\rm m}/0.3}$ 为主要宇宙学约束参数。
• 使用马尔可夫链蒙特卡洛方法进行后验抽样，以推导 $S_8$ 与质量-可观测关系的约束。

Figure 2: The diagonal components of the covariance matrix for the stacked cluster lensing profiles measured from the SDSS data and the HSC-Y3 data. For the covariance matrix of the HSC-Y3, we show the shear and shape-noise (SN) components of the covariance separately to show the relative contributi

实验结果

研究问题

• RQ1 对星系团丰度、聚类与弱强引力透镜进行盲联合分析，是否能在不使用信息性先验的情况下实现无偏宇宙学约束？
• RQ2 投影效应与丝状结构如何导致光学星系团弱强引力透镜与聚类信号中的各向异性增强？
• RQ3 重子反馈与观测系统误差在光学星系团巡天中对宇宙学推断的影响程度如何？
• RQ4 本研究中光学星系团分析得到的 $S_8$ 约束是否与CMB及大尺度结构探测结果一致？
• RQ5 全正向建模方法是否能稳健地处理系统误差，并在自校准框架下提供可靠的宇宙学约束？

主要发现

• 联合分析得到的宇宙学约束为 $ S_8 = 0.816^{+0.041}_{-0.039} $，与普朗克2018年结果及其他大尺度结构研究结果一致。
• 通过模拟星系团目录验证，该分析对投影效应与重子反馈等系统误差具有稳健性。
• 该方法成功建模了由于视线方向结构引起的弱强引力透镜与聚类信号中的各向异性增强，提升了结果的准确性。
• 盲分析框架在不依赖模型参数信息性先验的情况下，产生了无偏约束。
• 结果支持光学星系团宇宙学作为一项自校准宇宙学探针的可行性，前提是系统误差得到恰当建模。
• 本研究表明，当与弱强引力透镜及正向建模结合时，光度星系团巡天可提供具有竞争力的宇宙学约束。

Figure 3: Left: The 68% confidence regions for cosmological parameters of interest, obtained by running our fiducial pipeline on the test mocks assuming no systematics. Different contours indicate the results using the covariance matrix measured from the SDSS data (green) and the HSC-Y3 data (blue).