[论文解读] The imprint of cosmic voids from the DESI Legacy Survey DR9 LRGs in the Planck 2018 lensing map through spectroscopically calibrated mocks

Sabrina Sartori, P Vielzeuf+32 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2024

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 1

一句话总结

本研究利用DESI Legacy Survey DR9中的1000万颗明亮红巨星（LRGs）测量了宇宙空洞对宇宙微波背景（CMB）强透镜效应的印记，采用光谱校准的模拟数据以匹配观测到的聚类特性。研究报告了14σ显著性的强透镜信号检测，Aκ = 1.016 ± 0.054，表明在所有红移区间和空洞群体中均与ΛCDM预测完全一致，解决了‘强透镜信号偏低’的矛盾。

ABSTRACT

The cross-correlation of cosmic voids with the lensing convergence ($κ$) map of the Cosmic Microwave Background (CMB) fluctuations provides a powerful tool to refine our understanding of the cosmological model. However, several studies have reported a moderate tension between the lensing imprint of cosmic voids on the observed CMB and the simulated $\mathrmΛ$CDM signal. To address this "lensing-is-low" tension and to obtain new, precise measurements, we exploit the large DESI Legacy Survey Luminous Red Galaxy (LRG) dataset, covering approximately 19,500 $°^2$ of the sky and including about 10 million LRGs at $z < 1.05$. Our $\mathrmΛ$CDM template was created using the Buzzard mocks, which we specifically calibrated to match the clustering properties of the observed galaxy sample by exploiting more than one million DESI spectra. We identified our catalogs of 3D voids in the range $0.35 < z < 0.95$, dividing the sample into bins according to the redshift and $λ_\mathrm{v}$ values of the voids. We report a 14$σ$ detection of the lensing signal, with $A_κ= 1.016 \pm 0.054$, which increases to 17$σ$ when considering the void-in-void ($A_κ= 0.944 \pm 0.064$) and the void-in-cloud ($A_κ= 0.975 \pm 0.060$) populations individually, the highest detection significance for studies of this kind. We observe a full agreement between the observations and $\mathrmΛ$CDM predictions across all redshift bins, sky regions, and void populations considered. In addition to these findings, our analysis highlights the importance of matching sparseness and redshift error distributions between mocks and observations, as well as the role of $λ_\mathrm{v}$ in enhancing the signal-to-noise ratio.

研究动机与目标

• 解决观测到的宇宙空洞CMB强透镜信号与ΛCDM预测之间的‘强透镜信号偏低’矛盾。
• 以高精度测量宇宙空洞与Planck 2018 CMB强透镜收敛图（κ）之间的交叉相关信号。
• 通过光谱校准使模拟数据匹配真实LRG数据的聚类特性，以验证模拟的准确性。
• 评估空洞属性（如空洞内空洞和空洞内星系群群体）对信噪比及与ΛCDM一致性的影响。

提出的方法

• 利用DESI Legacy Survey DR9中LRG星表的19,500平方度天空覆盖范围，包含约1000万颗红移z < 1.05的星系。
• 使用Buzzard模拟构建ΛCDM模板，并通过超过一百万条DESI光谱数据校准，使其匹配观测到的LRG聚类特性。
• 在红移范围0.35 < z < 0.95内，利用LRG星表识别三维宇宙空洞，并按红移和空洞大小参数λv进行分段。
• 采用堆叠方法将空洞与Planck 2018 CMB强透镜收敛图（κ）进行交叉相关，按红移和λv分箱以提升信噪比。
• 对模拟数据进行校准，使其与真实数据在稀疏度和红移误差分布上一致，确保模拟的真实性。
• 量化相对于ΛCDM预测的强透镜幅度Aκ，测试其在多个空洞子群体和天区中的自洽性。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的宇宙空洞CMB强透镜信号是否与ΛCDM预测一致，从而解决‘强透镜信号偏低’的矛盾？
• RQ2 不同空洞群体（如空洞内空洞和空洞内星系群）的强透镜交叉相关信噪比如何变化？
• RQ3 精确的模拟校准（尤其是稀疏度和红移误差）在多大程度上影响观测与模拟之间的一致性？
• RQ4 当按空洞大小（λv）和红移分段时，强透镜信号的显著性和幅度如何？
• RQ5 通过λv对空洞群体进行区分，能否提升CMB强透镜测量的宇宙学约束精度？

主要发现

• 利用完整的LRG样本，实现了14σ显著性的CMB强透镜信号检测，Aκ = 1.016 ± 0.054，表明与ΛCDM预测高度一致。
• 所有红移区间和天区中，信号均与ΛCDM保持一致，未发现系统性偏差的证据。
• 空洞内空洞群体的检测显著性达到17σ（Aκ = 0.944 ± 0.064），为该类测量迄今报告的最高显著性。
• 空洞内星系群群体也表现出高显著性（17σ），Aκ = 0.975 ± 0.060，进一步证实与ΛCDM的一致性。
• 发现精确匹配模拟与真实数据在稀疏度和红移误差分布方面对可靠信号推断至关重要。
• 结果表明，空洞大小参数λv可通过有效区分空洞群体，提升信噪比，从而提高测量精度。