[论文解读] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS): An unbiased estimate of the growth rate of structure at $\mathbf{\left=0.85}$ using the clustering of luminous blue galaxies

Faizan G Mohammad, B. R. Granett+35 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 82被引用 19

一句话总结

本文利用VIPERS巡天中的明亮蓝星系，对红移z=0.85处宇宙结构增长速率进行了精确且无偏的测量。通过选取体积受限的蓝星系样本，并应用基于简单理论模型的红移空间聚类分析，研究报告了fσ₈(z=0.85) = 0.45 ± 0.11，该结果与ΛCDM模型及现有全样本结果一致，表明选择性星系示踪器可在无需复杂建模的情况下实现高精度的RSD测量。

ABSTRACT

We use the VIPERS final data release to investigate the performance of colour-selected populations of galaxies as tracers of linear large-scale motions. We empirically select volume-limited samples of blue and red galaxies as to minimise the systematic error on the estimate of the growth rate $fσ_8$ from the anisotropy of the two-point correlation function. To this end, rather than rigidly splitting the sample into two colour classes we define the red/blue fractional contribution of each object through a weight based on the $(U-V)$ colour distribution. Using mock surveys that are designed to reproduce the observed properties of VIPERS galaxies, we find the systematic error in recovering the fiducial value of $fσ_8$ to be minimized when using a volume-limited sample of luminous blue galaxies. We model non-linear corrections via the Scoccimarro extension of the Kaiser model, finding systematic errors on $fσ_8$ of below $1-2\%$, using scales as small as 5 $h^{-1}\mathrm{Mpc}$. We interpret this result as indicating that selection of luminous blue galaxies maximises the fraction that are central objects in their dark matter haloes; this in turn minimises the contribution to the measured $ξ(r_p,π)$ from the 1-halo term, which is dominated by non-linear motions. The gain is inferior if one uses the full magnitude-limited sample of blue objects, consistent with the presence of a significant fraction of blue, fainter satellites dominated by non-streaming, orbital velocities. We measure a value of $fσ_8=0.45 \pm 0.11$ over the single redshift range $0.6\le z\le 1.0$, corresponding to an effective redshift for the blue galaxies $\left=0.85$. Including in the likelihood the potential extra information contained in the blue-red galaxy cross-correlation function does not lead to an appreciable improvement in the error bars, while it increases the systematic error.

研究动机与目标

• 利用明确定义的星系样本，获得z=0.85处宇宙结构增长速率的无偏估计。
• 检验选择明亮蓝星系是否相比全星系样本能减少红移空间畸变（RSD）测量中的系统误差。
• 评估在精心挑选的示踪星系样本上应用简化理论模型时，是否仍能获得稳健的约束。
• 通过有针对性的样本选择，利用小尺度上的聚类特性，提高RSD测量的统计精度。
• 验证该方法与ΛCDM预测的一致性，以及与全VIPERS数据集先前结果的一致性。

提出的方法

• 本研究使用VIPERS巡天中基于颜色和绝对星等选取的体积受限明亮蓝星系样本，以最小化选择效应。
• 通过投影两点相关函数测量红移空间聚类，从而将RSD信号与相干下落及特殊速度分离。
• 通过将观测到的聚类拟合至基于Scoccimarro（2004）的理论模型，提取增长速率fσ₈，该模型假设线性理论并仅含一个自由参数fσ₈。
• 通过假设星系中心位于其晕内静止状态且不校正晕占有函数或速度偏移，生成模拟样本，以检验模型的稳健性。
• 通过选择低数密度和高空间相干性的样本，最小化系统误差，降低对非线性效应和偏移的敏感性。
• 通过自助抽样法估计统计不确定性，并将结果与全VIPERS星系样本及Planck约束的ΛCDM模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 体积受限的明亮蓝星系样本能否在z=0.85处提供fσ₈的无偏估计？
• RQ2 与全VIPERS星系样本相比，选择性蓝星系样本的RSD测量精度如何？
• RQ3 在不引入自由速度偏移参数的简化理论模型下，fσ₈的约束是否仍稳健且一致？
• RQ4 样本选择效应与模型假设在多大程度上影响RSD测量中的统计误差与系统误差？
• RQ5 所测得的fσ₈是否与Planck数据约束的ΛCDM模型一致？

主要发现

• 研究报告fσ₈(z=0.85) = 0.45 ± 0.11，该结果在1σ水平上与Planck约束的ΛCDM模型一致。
• 尽管样本规模仅为全VIPERS星系样本的一半，该结果与全VIPERS星系样本推导出的增长速率完全一致。
• 误差预算主要受调查体积影响，而非数密度，这与理论标度定律的预期相符。
• 减少模型中的自由参数数量（例如固定速度偏移）可获得更紧的约束，表明模型简化可提高精度。
• 由于明亮蓝星系具有较高的聚类幅度，该方法在小尺度上实现了高统计显著性。
• 分析表明，精心的样本选择可缓解系统效应，从而在无需复杂晕动力学建模的情况下实现稳健的RSD测量。