The Dark Energy Camera All Data Everywhere cosmic shear project V: Constraints on cosmology and astrophysics from 270 million galaxies across 13,000 deg$^2$ of the sky

Resumen Técnico: El Proyecto de Esfuerzo de Cizalladura Cósmica de la Cámara de Energía Oscura (DECADE) - Todos los Datos en Todas Partes V

Problema y Motivación
El lente débil (WL, por sus siglas en inglés) es una sonda primaria para restringir los parámetros cosmológicos y probar modelos de crecimiento de estructuras. Sin embargo, las mediciones de WL son sensibles a las incertidumbres sistemáticas, particularmente aquellas que surgen de la retroalimentación bariónica en escalas pequeñas y de las alineaciones intrínsecas (IA) de las galaxias. Si bien análisis previos, como el del Dark Energy Survey (DES) Año 3 (Y3) y los resultados iniciales del DECADE Northern Galactic Cap (NGC), proporcionaron restricciones significativas, estuvieron limitados en cobertura de cielo. El proyecto DECADE tiene como objetivo ensamblar, validar y analizar el conjunto de datos de lente débil más grande hasta la fecha para probar modelos cosmológicos y evaluar el impacto de los sistemas de error astrofísicos. Este artículo (Artículo V) extiende el análisis para incluir el Southern Galactic Cap (SGC) y lo combina con los datos de DES Y3, creando un conjunto de datos unificado de 270 millones de galaxias a través de 13,000 deg². Los principales desafíos abordados incluyen cuantificar la tensión entre las restricciones de WL y las del Fondo Cósmico de Microondas (CMB), evaluar modelos de energía oscura dinámica y determinar la eficacia de los cortes de escala frente al modelado bariónico explícito para mitigar los sesgos astrofísicos.

Metodología
El análisis utiliza tres vectores de datos de cizalladura cósmica distintos: DECADE NGC, DECADE SGC y DES Y3.

• Ensamblaje de Datos: La región DECADE SGC añade 3,356 deg² de cielo que rodea la huella de DES, conteniendo 63 millones de galaxias. El conjunto de datos combinado total ("DECam 13k") cubre 13,000 deg². El análisis sigue de cerca el flujo de trabajo de DES Y3, empleando el modelo HMCode para el espectro de potencia de materia no lineal y el modelo de Alineación de Torción de Alineación de Marea (TATT) para las alineaciones intrínsecas.
• Marco de Inferencia: El estudio emplea un enfoque de Monte Carlo por Cadenas de Markov (MCMC) utilizando el muestreador Polychord dentro del paquete CosmoSIS. La función de verosimilitud asume una distribución gaussiana de las funciones de correlación de dos puntos angulares ($\xi_{\pm}$). Las matrices de covarianza se computan usando CosmoCov, incorporando términos gaussianos, términos de cuatro puntos conectados para la estructura no lineal, covarianza de super-muestra y correcciones de máscara.
• Modelado de Bariones: Para abordar la supresión bariónica del espectro de potencia de la materia, los autores utilizan un flujo de trabajo unificado basado en el código base BaryonForge. Esto permite la emulación de tres modelos fenomenológicos distintos: BCEmu, Bacco y HMx. El estudio compara las restricciones derivadas de:
  1. Cortes de escala estándar (excluyendo escalas pequeñas).
  2. El uso de todas las escalas con modelado bariónico explícito.
  3. El uso de todas las escalas sin modelado bariónico.
• Sondas Externas: El análisis se extiende combinando los datos de WL con datos de Oscilaciones Acústicas de Bariones (BAO) de DESI DR2 y datos de Supernovas (SNe) de DES Y5 y muestras históricas para restringir modelos de energía oscura dinámica ($w_0w_a$ y $w_\phi$).

Contribuciones Clave

1. El mayor conjunto de datos de Lente Débil: Este trabajo presenta el análisis de lente débil más grande hasta la fecha, combinando 270 millones de galaxias sobre 13,000 deg². El conjunto de datos sirve como campo de prueba para los próximos sondeos de Etapa IV como el LSST.
2. Modelado Bariónico Unificado: El artículo introduce un marco consistente (BaryonForge) para comparar diferentes modelos de supresión bariónica (BCEmu, Bacco, HMx) en el mismo conjunto de datos, demostrando que la concordancia en las restricciones cosmológicas puede lograrse si los priors astrofísicos son suficientemente amplios.
3. Cuantificación del Sesgo Sistemático: El estudio cuantifica el sesgo residual introducido por los efectos bariónicos al usar cortes de escala estándar, encontrando un desplazamiento de aproximadamente $0.3\sigma$ en el plano $S_8-\Omega_m$.
4. Restricciones de Energía Oscura Dinámica: El artículo proporciona restricciones actualizadas sobre modelos de energía oscura dinámica, evaluando la mejora marginal que ofrece el lensing sobre los datos de BAO y SNe por sí solos.

Resultados

• Restricciones de $\Lambda$CDM: El análisis fiduciario arroja $S_8 = 0.805 \pm 0.019$ y $\Omega_m = 0.262^{+0.023}_{-0.036}$. Estos resultados son consistentes con las restricciones de Planck 2018 dentro de $1.9\sigma$. La Figura de Mérito (FoM) para el conjunto de datos DECam 13k mejora por un factor de tres en comparación con DES Y3 por sí solo.
• Energía Oscura Dinámica: Al combinarse con los datos de BAO y SNe, las restricciones sobre los modelos de energía oscura dinámica muestran desviaciones de $\Lambda$CDM a los niveles de $3.2\sigma$ ($w_0w_a$) y $3.5\sigma$ ($w_\phi$). La adición de datos de lente débil proporciona mejoras notables pero menores a estas restricciones, principalmente en direcciones ortogonales a los ejes mejor restringidos de los datos de BAO/SNe.
• Modelado de Bariones y Cortes de Escala:
  • Diferentes modelos de bariones (BCEmu, Bacco, HMx) producen restricciones consistentes sobre la supresión del espectro de potencia de la materia (aproximadamente 25%) y la cosmología, siempre que los priors astrofísicos se amplíen (por ejemplo, para Bacco y HMx).
  • El uso de todas las escalas con modelado bariónico explícito mejora la FoM en solo un 7% en comparación con el análisis fiduciario usando cortes de escala. La información adicional de las escalas pequeñas se utiliza principalmente para la autocalibración del modelo de bariones en lugar de para estrechar las restricciones cosmológicas.
  • Los enfoques actuales de corte de escala resultan en un sesgo residual de $\approx 0.3\sigma$ en el posterior de $S_8-\Omega_m$.
• Alineaciones Intrínsecas: Los datos de SGC por sí solos no muestran una detección significativa de alineaciones intrínsecas ($a_1=0, a_2=0$), siendo consistentes con los resultados de NGC y DES Y3.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma que el conjunto de datos de DECADE 13k representa el análisis de lente débil más exhaustivo disponible, ofreciendo un campo de prueba robusto para las estrategias de análisis de futuros sondeos. Los autores enfatizan que, aunque este conjunto de datos ha triplicado la cobertura de cielo de los datos de precisión de WL, el poder estadístico de las mediciones de lensing en escalas pequeñas está actualmente limitado por la incapacidad de "autocalibrar" los modelos de supresión bariónica únicamente a partir de los datos de lensing. El estudio concluye que, para explotar plenamente el poder estadístico de los datos de escala pequeña, se requieren sondas externas (como los efectos de Sunyaev-Zeldovich térmico y cinético) o calibraciones dedicadas del modelo de bariones. El trabajo también destaca que la precisión actual está limitada primordialmente por las incertidumbres de la supresión bariónica y las señales de alineación intrínseca, más que por la calibración de redshift. Los autores ponen a disposición de la comunidad los catálogos de cizalladura, los vectores de datos y las verosimilitudes de DECADE para facilitar análisis de correlación cruzada adicionales y la explotación científica por parte de la comunidad en general.