[论文解读] The Bias to Cosmic Microwave Background Lensing Reconstruction from the Kinematic Sunyaev-Zel'dovich Effect at Reionization

Hongbo Cai, Mathew S. Madhavacheril+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2021

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 45被引用 9

一句话总结

本文研究了再电离时期宇宙微波背景（CMB）弱引力透镜重建中因运动学太阳亚夫-泽尔多维奇（kSZ）效应引起的偏差。利用最先进的再电离模拟，研究发现再电离kSZ信号对CMB弱引力透镜功率谱测量的偏差可忽略不计，而晚近期kSZ效应则可能引入数个百分点的显著偏差——凸显了未来CMB实验中需采取缓解措施的必要性。

ABSTRACT

The power spectrum of reconstructed cosmic microwave background (CMB) lensing maps is a powerful tool for constraints on cosmological parameters like the sum of the neutrino masses and the dark energy equation of state. One possible complication is the kinematic Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) effect, due to the scattering of CMB photons by moving electrons, which can bias the reconstruction of the CMB lensing power spectrum through both kSZ-lensing correlations and the non-Gaussianity of the kSZ temperature anisotropies. We investigate for the first time the bias to CMB lensing reconstruction from temperature anisotropies due to the reionization-induced kSZ signal and show that it is negligible for both ongoing and upcoming experiments based on current numerical simulations of reionization. We also revisit the bias induced by the late-time kSZ field, using more recent kSZ simulations. We find that it is potentially twice as large as found in earlier studies, reaching values as large as several percent of the CMB lensing power spectrum signal, indicating that this bias will have to be mitigated in upcoming data analyses.

研究动机与目标

• 评估再电离时期kSZ效应对CMB弱引力透镜重建偏差的影响。
• 利用更新的模拟和方法重新评估晚近期kSZ偏差。
• 量化kSZ诱导的非高斯性以及kSZ-弱引力透镜交叉相关性对弱引力透镜功率谱偏差的贡献。
• 确定当前及未来的CMB实验是否受到弱引力透镜重建中kSZ污染的影响。

提出的方法

• 使用最小方差二次估计器，从温度各向异性中重建CMB弱引力透镜势。
• 应用一种计算重建弱引力透镜功率谱偏差的形式化方法，考虑来自kSZ和CMB的四阶矩贡献。
• 采用高分辨率再电离数值模拟（WebSkyc）来模拟再电离时期的kSZ信号。
• 利用更新的kSZ模拟重新评估晚近期kSZ偏差，改进了先前的估计值。
• 将偏差贡献分离为高斯、非高斯和蒙特卡罗分量，以隔离kSZ特定的前景偏差。
• 采用基准ΛCDM宇宙学模型（Planck 2015参数）以保持与模拟输入的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 再电离时期kSZ效应导致的CMB弱引力透镜重建偏差有多大？
• RQ2 晚近期kSZ效应如何偏差CMB弱引力透镜功率谱？与早期估计相比有何不同？
• RQ3 kSZ场的非高斯性在弱引力透镜重建偏差中占多大程度的贡献？
• RQ4 在未来的CMB实验中，kSZ诱导的偏差能否被缓解？哪些方法最为有效？

主要发现

• 对于正在进行和未来的CMB实验，再电离时期kSZ效应引起的偏差可忽略不计。
• 晚近期kSZ偏差的大小被发现可能达到先前估计值的两倍，最高可达弱引力透镜功率谱信号的数个百分点。
• 这一显著增大的偏差表明，未来高灵敏度实验（如CMB-S4）中，必须采用缓解策略，例如偏差硬化估计器或几何技术。
• kSZ场的非高斯性对整体偏差有显著贡献，尤其在晚近期分量中更为突出。
• 结果对再电离模型的选择具有鲁棒性，尽管具体数值依赖于模拟假设。
• 本研究强调了在CMB弱引力透镜的宇宙学参数估计中，准确建模kSZ污染的重要性。