Joint cosmological fits to DESI-DR1 full-shape clustering and weak gravitational lensing in configuration space

Résumé technique : Ajustements cosmologiques conjoints aux données de clustering complet de DESI-DR1 et de lentille gravitationnelle faible dans l'espace des configurations

Problème et motivation
L'instrument spectroscopique pour l'énergie sombre (DESI) est entré dans l'ère des « Stage IV » des relevés cosmologiques, fournissant des ensembles de données d'ordres de grandeur supérieurs à ceux de leurs prédécesseurs. Un objectif principal est de comprendre l'énergie sombre et de résoudre les tensions dans les paramètres cosmologiques (par exemple, $S_8$) observées entre différentes sondes comme le fond diffus cosmologique (CMB) et la structure à grande échelle (LSS). Bien que le clustering des galaxies et la lentille gravitationnelle faible soient naturellement complémentaires — le clustering traçant la matière visible et la lentille traçant la distribution de la matière totale — réaliser une analyse conjointe n'est pas trivial. Cela nécessite de concilier différentes prescriptions de modélisation (théories perturbatives pour le clustering contre modèles de halos pour la lentille) et de gérer des systématiques dépendantes de l'échelle. Les analyses conjointes précédentes projetaient souvent les données de clustering (perdant ainsi l'information sur les distorsions de l'espace des redshifts, RSD) ou utilisaient des modèles uniformes qui pourraient ne pas ajuster optimalement la gamme complète d'échelles pour les deux sondes. Ce travail vise à réaliser une analyse conjointe « 3 $\times$ 2-pt » dans l'espace des configurations, en conservant l'information complète du clustering anisotrope (RSD) de DESI tout en la combinant avec le cisaillement et la lentille galaxie-galaxie provenant de relevés de lentille faible se chevauchant.

Méthodologie
L'analyse utilise les échantillons du relevé de galaxies brillantes (BGS) et de galaxies rouges lumineuses (LRG) de la première livraison de données (DR1) de DESI comme traceurs de lentille, corrélés avec les mesures de cisaillement de lentille faible de KiDS-1000, DES-Y3 et HSC-Y3.

• Vecteurs de données : L'étude combine trois statistiques de corrélation :
  1. Cisaillement cosmique ($\xi_{\pm}$) : Autocorrélations des formes des galaxies sources.
  2. Lentille galaxie-galaxie ($\gamma_t$) : Corrélations croisées entre les positions des lentilles de DESI et les formes des sources.
  3. Multipôles de clustering ($\xi_\ell$) : Autocorrélations des positions des lentilles de DESI, spécifiquement le monopôle ($\ell=0$) et le quadrupôle ($\ell=2$), mesurés sur l'ensemble de la surface couverte par DESI-DR1.
• Modélisation :
  • Clustering : Les auteurs emploient un émulateur dans l'espace des configurations basé sur l'émulateur comet dans l'espace de Fourier, qui utilise la théorie du champ effectif (EFT). Pour gérer les distorsions de l'espace des redshifts (RSD) non linéaires et l'effet « doigts de Dieu » sans que les transformées de Fourier divergent, ils utilisent l'approche de la fonction génératrice de différence de vitesses à l'infini ($VDG_\infty$). Cela implique d'amortir le spectre de puissance avec une fonction effective $W_\infty$ avant de transformer vers l'espace des configurations.
  • Lentille faible : Le cisaillement et la lentille galaxie-galaxie sont modélisés à l'aide d'une prescription de spectre de puissance basée sur un modèle de halo (suivant Porredon et al. 2025), incorporant le modèle d'alignement non linéaire (NLA) pour les alignements intrinsèques et le biais de magnification.
  • Covariance : Une covariance gaussienne analytique est utilisée, incluant les corrélations croisées entre lentille et clustering. Cependant, l'autocovariance pour les multipôles de clustering est remplacée par une détermination semi-analytique issue du code RascalC pour mieux tenir compte de la géométrie du relevé et de la non-gaussianité.
• Inférence : Une inférence bayésienne est réalisée en utilisant le cadre cosmosis avec l'échantillonneur nautilus. L'analyse se concentre sur l'espace des paramètres physiques (évitant la dépendance au paramètre de Hubble $h$ dans la définition des paramètres), contraignant $\omega_m$, $\omega_{DE}$, $\sigma_{12}$ (amplitude de la variance du champ de densité linéaire à l'échelle de 12 Mpc) et $\ln(10^{10}A_s)$.

Contributions clés

• Première analyse complète en espace des configurations : Cet article présente la première analyse de forme complète des mesures de DESI dans l'espace des configurations, ajustant la forme complète des multipôles de la fonction de corrélation à deux points plutôt que le clustering projeté.
• Analyse conjointe « même ciel » : C'est la première étude à considérer l'ensemble complet des trois fonctions de corrélation à deux points pour plusieurs relevés de lentille faible (KiDS, DES, HSC) combinés au clustering de DESI dans un pipeline unifié.
• Approche de modélisation hybride : L'étude emploie des approches de modélisation traditionnelles distinctes pour chaque sonde (EFT perturbative pour le clustering, modèles de halo pour la lentille) plutôt que de forcer un modèle unique uniforme, permettant d'accéder à la gamme complète d'échelles traditionnellement utilisée dans les analyses phares pour chaque observable spécifique.
• Validation : Le pipeline est validé à l'aide de fausses lumières (mocks) de cône de lumière Abacus, démontrant la capacité à retrouver les paramètres de cosmologie fiduciaux, tout en notant des biais spécifiques dans les paramètres d'amplitude dus aux effets de projection.

Résultats

• Contraintes cosmologiques : L'analyse conjointe produit des contraintes sur la densité de matière ($\Omega_m \approx 0,30$) et la densité d'énergie sombre ($\Omega_{DE} \approx 0,34$) qui sont cohérentes avec l'analyse de forme complète dans l'espace de Fourier de DESI et les contraintes du CMB de Planck.
• Paramètres d'amplitude : L'ajout d'informations de lentille faible améliore la précision des paramètres d'amplitude du spectre de puissance par rapport aux ajustements uniquement basés sur le clustering :
  • $\ln(10^{10}A_s)$ s'améliore de 15 %.
  • $\sigma_{12}$ s'améliore de 36 %.
  • Les mesures du biais linéaire ($b_1$) s'améliorent de 15 à 20 %.
• Tension $S_8$ : Les valeurs mesurées de l'amplitude de lentille faible $S_8$ sont :
  • $S_8^{\text{DESI}\times\text{HSC}} = 0,787 \pm 0,020$
  • $S_8^{\text{DESI}\times\text{DES}} = 0,791 \pm 0,016$
  • $S_8^{\text{DESI}\times\text{KiDS}} = 0,771 \pm 0,017$
    Ces valeurs sont inférieures de $1,9\sigma$ à $2,9\sigma$ à la valeur de $S_8$ préférée par Planck, ce qui est cohérent avec les tensions trouvées dans d'autres relevés de lentille faible.
• Cohérence : Les résultats montrent une excellente cohérence entre les différents relevés de lentille faible et sont cohérents avec l'article complémentaire (Porredon et al. 2025) qui utilise le clustering projeté, ainsi qu'avec l'analyse fiduciale dans l'espace de Fourier de la collaboration DESI.
• Effets de projection : Les analyses sur mocks révèlent que les paramètres d'amplitude ($\sigma_{12}$ et $\ln(10^{10}A_s)$) peuvent être biaisés vers le bas de $\sim 1,5-1,8\sigma$ dans les ajustements combinés en raison d'effets de projection dans l'espace des paramètres multidimensionnel, même dans le cadre $\Lambda$CDM. Les auteurs notent que le traceur BGS montre spécifiquement des écarts plus importants dans les ajustements sur mocks, potentiellement dû au modèle de distribution d'occupation des halos (HOD) utilisé.

Signification et affirmations
L'article prétend ouvrir la voie à de futures analyses de corrélation croisée « même ciel » entre les prochaines livraisons de données de DESI et les ensembles de données de cisaillement se chevauchant. Il sert de test de cohérence important pour les observations actuelles, démontrant que les ajustements conjoints de clustering de galaxies et de lentille faible dans l'espace des configurations fournissent des contraintes cosmologiques précises et cohérentes. Les auteurs soulignent que, bien qu'ils observent certaines indications d'effets de projection et de biais dans les paramètres d'amplitude (particulièrement dans les mocks), le cadre global est robuste. Ils concluent que la lentille faible est une sonde prometteuse pour atténuer les effets de projection dans les relevés spectroscopiques en brisant les dégénérescences avec le biais des galaxies. Le travail est présenté comme une analyse de référence pour le pouvoir de contrainte des sondes conjointes, limitant sa portée aux ajustements $\Lambda$CDM pour établir une ligne de base avant d'explorer des extensions de l'énergie sombre ou des systématiques plus complexes dans les travaux futurs (par exemple, DESI-DR2).