[论文解读] The one-loop bispectrum of galaxies in redshift space from the Effective Field Theory of Large-Scale Structure

Guido D’Amico, Yaniv Donath+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 8

一句话总结

本文利用大尺度结构有效场论（EFTofLSS）推导了红移空间中星系的一环bispectrum，提出了暗物质和有偏tracer在扰动展开至四阶时的新核函数与反演项。该研究解决了重整化中的关键细微问题，特别是动量格林函数带来的非局部贡献以及速度算符的重整化问题，从而实现了在红移空间中对BOSS数据的星系聚类进行全一环精度的精确建模。

ABSTRACT

We derive the kernels and the Effective Field Theory of Large-Scale Structure counterterms for the one-loop bispectrum of dark matter and of biased tracers in real and redshift space. This requires the expansion of biased tracers up to fourth order in fluctuations. In the process, we encounter several subtleties related to renormalization. One is the fact that, in renormalizing the momentum, a local counterterm contributes non-locally. A second subtlety is related to the renormalization of local products of the velocity fields, which need to be expressed in terms of the renormalized velocity in order to preserve Galilean symmetry. We check that the counterterms we identify are necessary and sufficient to renormalize the one-loop bispectrum at leading and subleading order in the derivative expansion. The kernels that we originally present here have already been used for the first analyses of the one-loop bispectrum in BOSS data [1, 2].

研究动机与目标

• 在EFTofLSS形式下，发展星系bispectrum在红移空间中的一整套一环理论框架。
• 解决重整化中的概念与技术性细微问题，特别是动量算符与速度场乘积带来的非局部贡献。
• 推导出密度和速度涨落至四阶的有偏tracer的显式核函数与反演项。
• 确保反演项在导数展开的主导与下一阶下，对一环bispectrum实现必要且充分的重整化。
• 通过与PyBird代码匹配，为宇宙学数据处理提供实用实现，尤其适用于BOSS巡天。

提出的方法

• 将tracer的有偏展开扩展至密度和速度涨落的四阶，包括红移空间中所有相关算符。
• 通过系统的导数展开，推导出真实空间与红移空间中暗物质和有偏tracer的EFTofLSS核函数与反演项。
• 处理一个细微问题：局部反演项通过与动量算符的非局部格林函数卷积，产生非局部贡献，这一效应在一级近似下不存在。
• 通过用重整化速度表示复合速度算符，实现对速度乘积的正确重整化，以保持伽利略对称性。
• 执行紫外匹配，将EFT参数与功率谱和bispectrum观测量关联，包括环积分和随机性贡献。
• 提供EFT框架与PyBird代码之间的显式参数匹配，便于直接用于数据处理流程。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在EFTofLSS框架内系统地推导红移空间中星系的一环bispectrum？
• RQ2 在导数展开的主导与下一阶下，为重整化一环bispectrum所需的正确反演项是什么？
• RQ3 动量算符格林函数带来的非局部贡献如何影响红移空间中反演项的结构？
• RQ4 在EFT框架中，如何对复合速度算符进行重整化以保持伽利略对称性？
• RQ5 此处推导的EFT参数与PyBird代码中用于宇宙学数据分析的参数之间，精确的映射关系是什么？

主要发现

• 本文推导出红移空间中星系一环bispectrum的完整EFTofLSS核函数与反演项集合，包括所有四阶有偏算符。
• 研究发现，局部反演项由于与动量算符格林函数的卷积，产生非局部贡献，这一细微效应在一级近似下不存在。
• 速度乘积的重整化要求用重整化速度表达，以保持伽利略对称性，这对理论一致性至关重要。
• 所推导的反演项在导数展开的主导与下一阶下，对一环bispectrum实现必要且充分的重整化。
• 提供了EFT框架与PyBird代码之间的显式参数匹配，可直接用于BOSS及未来巡天的宇宙学数据分析。
• 结果已应用于BOSS数据的首次一环bispectrum分析，证实了其实际相关性与精度。