光度星系聚簇中的各向异性红移分布及其宇宙学影响
Anisotropic redshift distributions in photometric galaxy clustering and their cosmological impact
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- Ludwig-Maximilians Universität München（慕尼黑大学）
- Excellence Cluster ORIGINS（ORIGINS卓越集群）
- Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科技高等物理研究所）
- ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
- Nagoya University（名古屋大学）
- Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe (KMI)（小林-益川粒子宇宙起源研究所）
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中文总结 AI 辅助
本研究量化了光度星系聚簇中红移分布各向异性对聚簇信号和宇宙学参数推断的偏差，并提出了前向模型以缓解该系统效应，对未来巡天分析具有重要影响。
中文摘要 AI 辅助
光度星系聚簇是大尺度结构的重要探针，其解释依赖于对星系红移分布$n(z)$的准确刻画。标准分析假设所选透镜样本的$n(z)$是各向同性的，而观测系统效应可能引入空间变化。我们量化了这种各向异性如何使角星系聚簇、内部一致性和宇宙学推断产生偏差。我们开发了一个解析形式体系，用于处理空间变化的$n(z)$下的聚簇，并前向模拟了现实的观测系统效应、星系选择和层析分箱。对于一个基准的限幅星等样本，使用单一全局$\bar n(z)$建模$w(\theta)$会在最高红移bin的小尺度上低估聚簇信号高达约10%，并随红移降低而减小。在$2\times2$pt分析中，对于KiDS-like和DES-like设置，宇宙学参数偏移保持在$1\sigma$以下。对于保留KiDS-like选择和观测条件变化的LSST-like设置，$\sigma_8$被低估了$1.7\sigma$，$\Omega_m$被高估了$1.4\sigma$，而高红移星系偏置偏移高达约$4\sigma$。各向异性还影响探针是否足够一致以进行组合：一个校准的后验预测内部一致性检验发现，在联合宇宙剪切和星系-星系透镜约束下，受污染的角聚簇是不太可能的（在LSST-like噪声下，中位校准$\tilde p\approx8\times10^{-4}$）。因此，各向异性红移分布是未来光度聚簇分析的一个潜在重要系统效应。我们的前向模型可用于在给定现实选择函数和星系种群模型的情况下缓解这一问题。
英文摘要
Photometric galaxy clustering is a major probe of large-scale structure whose interpretation relies on accurate characterization of the galaxy redshift distribution, $n(z)$. Standard analyses assume the $n(z)$ of a selected lens sample to be isotropic, whereas observational systematics can imprint spatial variations. We quantify how this anisotropy biases angular galaxy clustering, internal consistency, and cosmological inference. We develop an analytical formalism for clustering under spatially varying $n(z)$ and forward-model realistic observational systematics, galaxy selection, and tomographic binning. For a fiducial magnitude-limited sample, modeling $w(θ)$ with a single global $\bar n(z)$ underestimates the clustering signal by up to $\sim10\%$ at small scales in the highest-redshift bin, decreasing towards lower redshift. In a $2\times2$pt analysis, cosmological parameter shifts remain below $1σ$ for KiDS-like and DES-like setups. For an LSST-like setup retaining KiDS-like selection and observing-condition variation, $σ_8$ is biased low by $1.7σ$ and $Ω_m$ high by $1.4σ$, while the high-redshift galaxy bias shifts by up to $\sim4σ$. The anisotropy also affects whether the probes are consistent enough to combine: a calibrated posterior-predictive internal-consistency test finds the contaminated angular clustering improbable given the joint cosmic-shear and galaxy--galaxy-lensing constraints (median calibrated $\tilde p\approx8\times10^{-4}$ under LSST-like noise). Anisotropic redshift distributions are therefore a potentially significant systematic for future photometric clustering analyses. Our forward model can be used to mitigate it given a realistic selection function and galaxy population model.
