[论文解读] The Buzzard Flock: Dark Energy Survey Synthetic Sky Catalogs

Joseph DeRose, Risa H. Wechsler+53 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 11被引用 11

一句话总结

本文提出了 Buzzard Flock，一套针对暗能量巡天（DES）Y1 天区的合成天空星表，模拟了具有真实光谱红移、星等和深度变化的星系。通过整合真实的噪声模型、点扩散函数（PSF）效应以及改进的谱谱分布（SED）模板，该星表修正了早期版本中显著的红移偏差，提升了弱引力透镜和宇宙学研究的准确性。

ABSTRACT

We present a suite of 18 synthetic sky catalogs designed to support science analysis of galaxies in the Dark Energy Survey Year 1 (DES Y1) data. For each catalog, we use a computationally efficient empirical approach, ADDGALS, to embed galaxies within light-cone outputs of three dark matter simulations that resolve halos with masses above ~5x10^12 h^-1 m_sun at z <= 0.32 and 10^13 h^-1 m_sun at z~2. The embedding method is tuned to match the observed evolution of galaxy counts at different luminosities as well as the spatial clustering of the galaxy population. Galaxies are lensed by matter along the line of sight --- including magnification, shear, and multiple images --- using CALCLENS, an algorithm that calculates shear with 0.42 arcmin resolution at galaxy positions in the full catalog. The catalogs presented here, each with the same LCDM cosmology (denoted Buzzard), contain on average 820 million galaxies over an area of 1120 square degrees with positions, magnitudes, shapes, photometric errors, and photometric redshift estimates. We show that the weak-lensing shear catalog, redMaGiC galaxy catalogs and redMaPPer cluster catalogs provide plausible realizations of the same catalogs in the DES Y1 data by comparing their magnitude, color and redshift distributions, angular clustering, and mass-observable relations, making them useful for testing analyses that use these samples. We make public the galaxy samples appropriate for the DES Y1 data, as well as the data vectors used for cosmology analyses on these simulations.

研究动机与目标

• 生成能够准确复现 DES Y1 巡天光度和空间特性的合成星系星表，以支持宇宙学分析。
• 修正早期版本星表中显著的红移偏差，特别是最高红移区间（z > 1.5）的偏差，该偏差源于高红移 SED 模板不足。
• 利用有效曝光时间和 10σ 限制星等，对 DES Y1 天区内的深度变化进行建模。
• 通过星系和天空流量的泊松噪声建模光度误差，确保星等不确定性的真实性。
• 通过改进 SED 和光度建模，提升星系颜色和红移估计的保真度，尤其在高红移处的本征系紫外波段。

提出的方法

• 使用基于宿主晕质量的条件星等分布生成星系，基于晕占有分布（HOD）模型。
• 通过引力透镜和旋转将模拟的天空与 DES Y1 天区对齐，利用巡天的几何结构和深度图。
• 通过星系和天空流量计算通量噪声来建模光度误差：$\sigma_{\text{flux}} = \sqrt{S_{\text{gal}} + S_{\text{sky}}}$，其中 $S_{\text{gal}} = 10^{-0.4(m_{\text{gal}} - 22.5)} \times t_{\text{eff}}$ 且 $S_{\text{sky}} = f_{\text{sky}} \times t_{\text{eff}}$。
• 通过 10σ 限制星等估算天空噪声 $f_{\text{sky}}$：$f_{\text{sky}} = \frac{f_{\text{lim},1}^2 \times t_{\text{eff}}}{100} - f_{\text{lim},1}$，其中 $f_{\text{lim},1}$ 由限制星等推导得出。
• 将观测通量和误差转换为纳马吉（nanomaggies），并通过 $m_{\text{obs}} = 22.5 - 2.5\log_{10}(f_{\text{nmgy}})$ 和 $m_{\text{err,obs}} = \frac{2.5}{\ln(10)} \frac{f_{\text{err,nmgy}}}{f_{\text{nmgy}}}$ 计算星等和误差，将负通量设为 99。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何生成能够准确反映 DES Y1 巡天光度和空间特性的合成星系星表？
• RQ2 早期 Buzzard 星表中高红移星系被高估的原因是什么？
• RQ3 DES Y1 天区的光度误差和深度变化在多大程度上影响模拟中星系的探测和红移估计？
• RQ4 受限于低红移数据（如 SDSS）的 SED 模板如何影响 z > 1.5 时光谱红移估计的可靠性？
• RQ5 在 SED 建模方面需要哪些改进，才能减少合成星表中高红移颜色偏差？

主要发现

• Buzzard Flock 星表修正了第四源红移区间（0.9 < z ≤ 1.3）中的显著红移偏差，该偏差曾因 SED 建模不佳而造成对高红移星系的高估。
• 该偏差源于 z > 1.5 时 SED 模板的本征系紫外部分未受约束，导致 BPZ 将高红移星系错误分类为低红移星系。
• 光度误差建模现已通过有效曝光时间和 10σ 限制星等实现真实深度变化的建模，提升了星等不确定性的真实性。
• 星表现采用基于星系和天空通量的改进通量噪声模型，星等误差通过 $m_{\text{err,obs}} = \frac{2.5}{\ln(10)} \frac{f_{\text{err,nmgy}}}{f_{\text{nmgy}}}$ 计算。
• 由于大光度误差导致的负通量现通过将星等表中的值设为 99 来处理，与观测数据保持一致。
• 当前星表中高红移星系的颜色仍不可靠，应谨慎使用，直至实现更优的 SED 模板。