[论文解读] The cross-correlation of galaxies in absorption with the Lyman $α$ forest

Ignasi Pérez-Ràfols, Matthew M. Pieri+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本研究首次测量了强混合莱曼-α（SBLA）吸收体与莱曼-α森林之间的互相关，发现其聚类特性与莱曼-α森林的自相关一致——偏置 $2.329 \pm 0.057$，红移空间畸变 $eta = 0.417 \pm 0.010$，与增益莱曼-α吸收体（DLAs）一致，表明SBLA追踪的是星系晕中类似群体。结果表明SBLA是未来巴氏声学振荡（BAO）宇宙学的有前途互补示踪器，与eBOSS极限相比，联合探测可使平行方向的BAO不确定性降低约8%，垂直方向降低约7%。

ABSTRACT

We present the first clustering measurement of Strong Blended Lyman $α$ (SBLA) absorption systems by measuring their cross-correlation with the Lyman $α$ forest. SBLAs are a new population of absorbers detected within the Lyman $α$ forest. We find a bias of $2.329\pm0.057$, consistent with that of Damped Lyman $α$ absorbers (DLAs). For DLAs, we recover a bias of $2.331\pm0.057$ larger than previously reported (Pérez-Ràfols et al. 2018b). We also find a redshift space distortion parameter $β=0.417\pm0.010$, also consistent with the recovered value for DLAs ($β=0.416\pm0.010$). This is consistent with SBLA and DLA systems tracing different portions of the circumgalactic medium of a broadly common population of galaxies. Given these common clustering properties, we combined them to perform a cross-correlation of galaxies in absorption with the Ly$α$ forest. We find that the BAO scale uncertainty of this new measurement is $1.75 imes$ that of Ly$α$ auto-correlation and $1.6 imes$ that of the quasar cross-correlation with the Ly$α$ forest. We note that the current preferred metal contamination model for fitting the correlation functions with respect to the Ly$α$ forest is not realistic enough for SBLA systems, likely due to their status as high redshift precision sites of high metal enrichment. Mock spectra including SBLA systems and their associated metal absorption are required to understand this sample fully. We conclude that SBLAs have the potential to complement the standard Ly$α$ cosmological analyses in future surveys.

研究动机与目标

• 通过SBLA吸收体与莱曼-α森林之间的互相关，测量强混合莱曼-α（SBLA）吸收体的聚类特性。
• 评估SBLA系统是否追踪与增益莱曼-α吸收体（DLAs）相同的大尺度结构群体。
• 评估SBLA在高红移宇宙学中作为巴氏声学振荡（BAO）测量的互补示踪器的潜力。
• 识别在SBLA系统中建模金属吸收时的系统性挑战，并评估改进模拟的必要性。
• 量化使用莱曼-α × SBLA互相关相对于标准莱曼-α自相关与类星体互相关的BAO测量精度。

提出的方法

• 利用斯隆数字巡天（SDSS）提供的高分辨率类星体光谱，对SBLA吸收体与莱曼-α森林通量透射场之间的互相关函数进行分析。
• 应用标准互功率谱方法，并通过Kaiser近似建模红移空间畸变。
• 使用 'vega' 和 'picca' 软件流程进行相关函数估计与系统误差抑制。
• 排除小尺度垂直分离（$r_\perp < 30$ h⁻¹ Mpc），因为在此尺度上模型因金属吸收效应而失效。
• 将SBLA的聚类参数（偏置与β）与DLAs进行比较，以评估其共同的物理起源。
• 结合莱曼-α × SBLA、莱曼-α自相关与类星体 × 莱曼-α互相关，估算联合BAO不确定性降低情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 SBLA吸收体是否表现出与增益莱曼-α吸收体（DLAs）一致的聚类特性？
• RQ2 SBLA系统能否作为高红移宇宙中巴氏声学振荡（BAO）测量的可行且独立示踪器？
• RQ3 金属吸收对SBLA系统相关函数建模精度有何影响？
• RQ4 莱曼-α × SBLA互相关的BAO尺度不确定性与标准莱曼-α自相关及类星体 × 莱曼-α互相关相比如何？
• RQ5 结合SBLA、莱曼-α与类星体示踪器能在多大程度上提高BAO测量的精度？

主要发现

• SBLA系统的偏置测量值为 $2.329 \pm 0.057$，与DLA的偏置 $2.331 \pm 0.057$ 一致，表明其具有相似的大尺度聚类特性。
• SBLA的红移空间畸变参数为 $\beta = 0.417 \pm 0.010$，与DLA的 $0.416 \pm 0.010$ 一致，支持其在星系晕中具有共同的物理起源。
• 当独立使用时，莱曼-α × SBLA互相关的BAO尺度不确定性为莱曼-α自相关的1.75倍，为莱曼-α × 类星体互相关的1.6倍。
• 将三种探测器（莱曼-α × SBLA、莱曼-α自相关与莱曼-α × 类星体）联合使用，可使BAO参数的误差条在 $\alpha_\parallel$ 方向减少约8%，在 $\alpha_\perp$ 方向减少约7%，相比最新eBOSS测量结果。
• 标准相关函数拟合模型在小垂直分离尺度（$r_\perp < 30$ h⁻¹ Mpc）失效，可能是因为SBLA系统中强金属吸收的建模不足。
• 需要包含SBLA系统及其关联金属吸收的模拟，以改进建模并验证未来的BAO测量。