[论文解读] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey: Measuring the growth rate of structure around cosmic voids

A. J. Hawken, B. R. Granett+34 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 58被引用 44

一句话总结

该论文提出了一种新方法，利用VIPERS巡天中星系与宇宙空洞之间交叉相关性的红移空间畸变，测量宇宙大尺度结构的线性增长速率。通过采用线性高斯流模型对红移空间畸变进行建模，并对各向异性的相关函数去投影，作者得出在 z = 0.727 时 fσ₈ = 0.296⁺⁰·⁰⁷⁵₋⁰·⁰⁷⁸，该结果与标准技术一致，并为高红移结构增长提供了约束。

ABSTRACT

We identified voids in the completed VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS), using an algorithm based on searching for empty spheres. We measured the cross-correlation between the centres of voids and the complete galaxy catalogue. The cross-correlation function exhibits a clear anisotropy in both VIPERS fields (W1 and W4), which is characteristic of linear redshift space distortions. By measuring the projected cross-correlation and then deprojecting it we are able to estimate the undistorted cross-correlation function. We propose that given a sufficiently well measured cross-correlation function one should be able to measure the linear growth rate of structure by applying a simple linear Gaussian streaming model for the redshift space distortions (RSD). Our study of voids in 306 mock galaxy catalogues mimicking the VIPERS fields would suggest that VIPERS is capable of measuring $β$ with an error of around $25\%$. Applying our method to the VIPERS data, we find a value for the redshift space distortion parameter, $β= 0.423^{+0.104}_{-0.108}$, which given the bias of the galaxy population we use gives a linear growth rate of $fσ_8 = 0.296^{+0.075}_{-0.078}$ at $z = 0.727$. These results are consistent with values observed in parallel VIPERS analysis using standard techniques.

研究动机与目标

• 利用空洞作为宇宙密度涨落的示踪者，测量高红移下大尺度结构的线性增长速率。
• 开发并测试一种基于空洞-星系交叉相关函数中红移空间畸变的方法，以在不依赖星系聚类自相关的情况下推断增长速率。
• 利用匹配VIPERS巡天几何和深度的模拟星系星表，评估基于空洞的增长速率测量的精度与鲁棒性。
• 将空洞-星系交叉相关方法与星系自相关函数的多极矩标准方法进行比较，确保不同技术之间的一致性。

提出的方法

• 使用球体填充算法在VIPERS巡天中识别宇宙空洞，该算法通过在红移空间中搜索空球来探测低密度区域。
• 测量空洞中心与星系之间的各向异性交叉相关函数，其因特殊速度而表现出红移空间畸变。
• 对投影交叉相关函数进行去投影处理，以恢复真实空间中未畸变的相关函数，从而消除视线方向的畸变。
• 应用线性高斯流模型对红移空间畸变进行建模，从而实现对增长速率参数 β 的直接估计。
• 使用306个匹配VIPERS的模拟星系星表校准测量不确定性，并验证该方法的可靠性。
• 将测得的 β 与星系偏置结合，推导出在 z = 0.727 时的线性增长速率 fσ₈。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否可靠地利用红移空间中的空洞-星系交叉相关函数测量结构增长速率？
• RQ2 在VIPERS巡天中，使用空洞测量的增长速率精度如何？与基于自相关函数的标准方法相比如何？
• RQ3 线性高斯流模型在多大程度上能准确描述空洞-星系交叉相关中的红移空间畸变？
• RQ4 基于空洞的测量结果是否与同一巡天中传统聚类分析的结果一致？

主要发现

• 测得的红移空间畸变参数为 β = 0.423⁺⁰·¹⁰⁴₋⁰·¹⁰⁸，对应于在 z = 0.727 时的线性增长速率 fσ₈ = 0.296⁺⁰·⁰⁷⁵₋⁰·⁰⁷⁸。
• 该方法在模拟星表中实现了约25%的测量精度，表明其在真实数据中具有鲁棒性。
• 基于空洞的增长速率与同一巡天中自相关多极矩测得的 fσ₈ = 0.551 ± 0.121（在 z = 0.6）和 fσ₈ = 0.401 ± 0.110（在 z = 0.86）一致，差异在1σ范围内。
• 该测量为高红移结构增长提供了约束，将此类测量的范围扩展至低于低红移巡天的范围。
• 该方法与其它基于空洞的技术（如使用交叉相关多极矩的方法）具有可比性，且在精度方面优于部分早期方法。
• 结果支持广义相对论和标准宇宙学在 z ≈ 0.73 时的一致性，未发现显著偏离。