[论文解读] The Impact of Tomographic Redshift Bin Width Errors on Cosmological Probes

Imran Hasan, Samuel J. Schmidt+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 62被引用 5

一句话总结

本研究探讨了在结合星系聚类与星系强引力透镜效应时，星系红移分布 𝑛(𝑧) 的层析红移信道宽度误差如何系统性地偏差宇宙学推断。利用深镜头巡天数据，通过实测光谱校正基于光度红移的 𝑛(𝑧) 宽度，将推断的 𝑆8 参数从 0.841 降低至 0.739，表明 𝑛(𝑧) 宽度误差与星系偏置之间存在显著退化关系，若未加以考虑，将扭曲宇宙学约束结果。

ABSTRACT

Systematic errors in the galaxy redshift distribution $n(z)$ can propagate to systematic errors in the derived cosmology. We characterize how the degenerate effects in tomographic bin widths and galaxy bias impart systematic errors on cosmology inference using observational data from the Deep Lens Survey. For this we use a combination of galaxy clustering and galaxy-galaxy lensing. We present two end-to-end analyses from the catalogue level to parameter estimation. We produce an initial cosmological inference using fiducial tomographic redshift bins derived from photometric redshifts, then compare this with a result where the redshift bins are empirically corrected using a set of spectroscopic redshifts. We find that the derived parameter $S_8 \equiv \sigma_8 (\Omega_m/.3)^{1/2}$ goes from $.841^{+0.062}_{-.061}$ to $.739^{+.054}_{-.050}$ upon correcting the n(z) errors in the second method.

研究动机与目标

• 评估层析红移信道宽度系统误差对宇宙学参数推断的影响。
• 研究弱透镜探测中红移分布 𝑛(𝑧) 宽度误差与星系偏置之间的退化关系。
• 评估未建模的 𝑛(𝑧) 宽度误差如何模拟演化星系偏置，从而导致宇宙学约束偏差。
• 使用深镜头巡天的真实数据，测试在现实光度红移误差下宇宙学推断的鲁棒性。
• 证明未来第四阶段宇宙学巡天中准确建模 𝑛(𝑧) 的必要性。

提出的方法

• 从星表级别到参数估计端到端分析深镜头巡天的星系聚类与星系-星系弱透镜数据。
• 使用一组光谱红移验证集，对光度红移概率密度函数（PDF）的宽度进行经验校正。
• 应用高斯滤波器展宽光度红移 PDF，通过最小化 PDF 概率积分变换与均匀分布之间的 Kullback-Leibler 散度来优化展宽宽度。
• 通过联合聚类与弱透镜的似然分析进行宇宙学推断，对星系偏置及其他噪声参数进行边缘化。
• 将使用未校正光度红移的基准分析与使用光谱验证的 𝑛(𝑧) 宽度校正分析所得的宇宙学约束——特别是 𝑆8——进行比较。
• 采用保守的样本选择策略，剔除光度红移不确定性较高的星系，以减少系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 层析信道中红移分布 𝑛(𝑧) 宽度误差在多大程度上偏差宇宙学参数推断？
• RQ2 𝑛(𝑧) 宽度误差与星系偏置之间的退化关系如何影响联合星系聚类与弱透镜分析中 𝑆8 的推断值？
• RQ3 能否通过光谱数据经验校正光度红移 PDF 宽度，以减少宇宙学约束中的系统偏差？
• RQ4 所得宇宙学约束与其它弱透镜巡天及普朗克（Planck）结果相比如何？
• RQ5 样本选择与光度红移质量对宇宙学推断鲁棒性有何影响？

主要发现

• 校正 𝑛(𝑧) 分布中的红移信道宽度误差后，推断的 𝑆8 参数从 0.841+0.062−0.061 降低至 0.739+0.054−0.050。
• 该 𝑆8 的变化在 1σ 水平上不具统计显著性，但其幅度显著，凸显了系统不确定性的一个主要来源。
• 研究证实，红移分布宽度误差可模拟或与星系偏置退化，若未建模，将导致宇宙学约束偏差。
• 尽管因保守样本选择导致约束能力下降，校正结果在 1σ 范围内仍与其它弱透镜巡天及普朗克（Planck）结果一致。
• 结果强调了在未来的高精度宇宙学巡天中，准确建模 𝑛(𝑧) 形状（尤其是宽度）的极端重要性。
• 分析表明，对 𝑛(𝑧) 误差进行真实数据压力测试，可揭示模拟或解析处理中未能捕捉的失效模式。