[论文解读] Synthetic light cone catalogues of modern redshift and weak lensing surveys with AbacusSummit

Boryana Hadzhiyska, Sihan Yuan+33 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用 5

一句话总结

本论文展示了来自 AbacusSummit $N$-体模拟的公开、高分辨率合成光锥星系团聚与弱引力透镜数据目录，利用 Born 近似在红移 $z=0.15$ 至 $2.45$ 范围内生成宇宙剪切、强直率与偏转角图，并在 $z\approx1090$ 处生成 CMB 强直率。这些模拟星表已校准至 DESI、KiDS、DES 与 HSC 星表，其团聚与透镜统计量与理论预测高度一致，可为宇宙学推断流程提供稳健测试。

ABSTRACT

The joint analysis of different cosmological probes, such as galaxy clustering and weak lensing, can potentially yield invaluable insights into the nature of the primordial Universe, dark energy and dark matter. However, the development of high-fidelity theoretical models that cover a wide range of scales and redshifts is a necessary stepping-stone. Here, we present public high-resolution weak lensing maps on the light cone, generated using the $N$-body simulation suite AbacusSummit in the Born approximation, and accompanying weak lensing mock catalogues, tuned via fits to the Early Data Release small-scale clustering measurements of the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Available in this release are maps of the cosmic shear, deflection angle and convergence fields at source redshifts ranging from $z = 0.15$ to 2.45 with $Δz = 0.05$ as well as CMB convergence maps ($z \approx 1090$) for each of the 25 ${ t base}$-resolution simulations ($L_{ m box} = 2000\,h^{-1}{ m Mpc}$, $N_{ m part} = 6912^3$) as well as for the two ${ t huge}$ simulations ($L_{ m box} = 7500\,h^{-1}{ m Mpc}$, $N_{ m part} = 8640^3$) at the fiducial AbacusSummit cosmology ($Planck$ 2018). The pixel resolution of each map is 0.21 arcmin, corresponding to a HEALPiX $N_{ m side}$ of 16384. The sky coverage of the ${ t base}$ simulations is an octant until $z \approx 0.8$ (decreasing to about 1800 deg$^2$ at $z \approx 2.4$), whereas the ${ t huge}$ simulations offer full-sky coverage until $z \approx 2.2$. Mock lensing source catalogues are sampled matching the ensemble properties of the Kilo-Degree Survey, Dark Energy Survey, and Hyper-Suprime Cam weak lensing datasets. The produced mock catalogues are validated against theoretical predictions for various clustering and lensing statistics such as galaxy clustering multipoles, galaxy-shear and shear-shear, showing excellent agreement.

研究动机与目标

• 为现代宇宙学星表开发高保真、高分辨率的星系团聚与弱引力透镜合成星表。
• 通过生成匹配真实星表在红移、尺度与统计行为方面的模拟数据，实现对宇宙学分析流程的稳健测试。
• 为构建宇宙学与天体物理学参数的联合星系与弱引力透镜数据约束的代理模型提供基础。
• 通过团聚与透镜相关函数，将模拟星表与理论预测进行验证。
• 通过引入恒星物理效应与超越 Born 近似修正，支持亚角秒尺度的未来建模。

提出的方法

• 利用 Planck 2018 基准宇宙学下的 AbacusSummit $N$-体模拟，盒尺寸 $L_{\rm box}=2000\,h^{-1}{\rm Mpc}$，粒子数 $N_{\rm part}=6912^3$，以及两个 $7500\,h^{-1}{\rm Mpc}$ 的“巨大”模拟，生成光锥输出。
• 在 $\Delta z=0.05$ 的红移间隔内，从 $z=0.15$ 到 $2.45$，应用 Born 近似计算宇宙剪切、强直率与偏转角图，像素分辨率为 $0.21$ 角分（HEALPix 中 $N_{\rm side}=16384$）。
• 通过从模拟输出中采样晕体，生成模拟透镜源星表，并分配光谱红移以匹配 KiDS、DES 与 HSC 星表的红移分布。
• 通过记录透镜位置与流量权重，对 LRG 与 ELG 透镜群体实施放大率偏差修正。
• 通过星系-剪切与星系-星系透镜统计量（包括 $C_{\ell}^{\kappa g}$ 与 $\gamma_t(\theta)$）与 pyccl 的对比，验证模拟结果，并将包含与不包含红移空间畸变的投影团聚 $w_p(r)$ 进行比较。
• 应用与真实星表框架一致的剪切校准修正与形状噪声，以确保观测真实性。

实验结果

研究问题

• RQ1 AbacusSummit 生成的合成弱引力透镜与星系团聚统计量在基准 $\Lambda$CDM 宇宙学中，与理论预测的符合程度如何？
• RQ2 这些模拟星表在红移分布与团聚行为方面，与 DESI、KiDS、DES 与 HSC 等真实星表的集合特性匹配程度如何？
• RQ3 线性偏置模型在小尺度上预测星团聚的局限性是什么？这些偏差如何通过模拟揭示？
• RQ4 模拟能否准确再现不同红移区间内宇宙剪切与星系-星系透镜相关函数？
• RQ5 这些模拟能否用于验证宇宙学推断流程，并为未来联合数据集的参数约束做好准备？

主要发现

• 合成弱引力透镜图与模拟星表在所有红移区间内，与星系团聚多极矩、星系-剪切与剪切-剪切相关函数的理论预测高度一致。
• 在小尺度（$\theta<1$ 角分）上，pyccl 中的线性偏置近似高估了 ELG 团聚，低估了 LRG 团聚，这一偏差因模拟捕捉到的非线性偏置效应而显现。
• 模拟中包含与不包含红移空间畸变的投影星系团聚 $w_p(r)$ 与周期性盒子模拟结果高度一致。
• 模拟中的宇宙剪切相关函数与星系-星系透镜信号与基准宇宙学预测一致，验证了其在流程测试中的适用性。
• 基础模拟覆盖了八分之一天球（在 $z\approx2.4$ 处约 1800 deg²），而“巨大”模拟则提供至 $z\approx2.2$ 的全天空覆盖，支持大尺度统计研究。
• 所有数据产品（包括图与星表）均通过 Globus 端点公开提供，并附有 DOI 注册的数据点，支持可复现性与社区使用。