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

Resumo Técnico: Ajustes Cosmológicos Conjuntos ao Agrupamento de Forma Completa do DESI-DR1 e Lente Gravitacional Fraca no Espaço de Configuração

Problema e Motivação
O Espectrógrafo de Energia Escura (DESI) entrou na era das pesquisas cosmológicas de "Estágio IV", fornecendo conjuntos de dados ordens de magnitude maiores que os de seus predecessores. Um objetivo principal é compreender a energia escura e resolver tensões nos parâmetros cosmológicos (por exemplo, $S_8$) observadas entre diferentes sondas, como a Radiação Cósmica de Fundo (CMB) e a estrutura em grande escala (LSS). Embora o agrupamento de galáxias e a lente gravitacional fraca sejam naturalmente complementares — o agrupamento traçando a matéria visível e a lente traçando a distribuição total de matéria —, realizar uma análise conjunta não é trivial. Isso exige conciliar diferentes prescrições de modelagem (teorias perturbativas para o agrupamento versus modelos de halos para a lente) e lidar com sistemáticas dependentes da escala. Análises conjuntas anteriores frequentemente projetavam dados de agrupamento (perdendo informações de Distorção no Espaço de Redshift, RSD) ou utilizavam modelos uniformes que poderiam não ajustar otimamente a faixa completa de escalas para ambas as sondas. Este trabalho visa realizar uma análise conjunta "3 $\times$ 2-pt" no espaço de configuração, mantendo a informação completa de agrupamento anisotrópico (RSD) do DESI enquanto a combina com cisalhamento e lente galáxia-galáxia de pesquisas de lente fraca sobrepostas.

Metodologia
A análise utiliza as amostras de Galáxias Brilhantes (BGS) e Galáxias Vermelhas Luminosas (LRG) do Release 1 (DR1) do DESI como traçadores de lente, correlacionadas cruzadamente com medições de cisalhamento de lente fraca do KiDS-1000, DES-Y3 e HSC-Y3.

• Vetores de Dados: O estudo combina três estatísticas de correlação:
  1. Cisalhamento Cósmico ($\xi_{\pm}$): Auto-correlações das formas de galáxias-fonte.
  2. Lente Galáxia-Galáxia ($\gamma_t$): Correlações cruzadas entre as posições das lentes do DESI e as formas das fontes.
  3. Multipolos de Agrupamento ($\xi_\ell$): Auto-correlações das posições das lentes do DESI, especificamente o monopolo ($\ell=0$) e o quadrupolo ($\ell=2$), medidos sobre toda a área coberta pelo DESI-DR1.
• Modelagem:
  • Agrupamento: Os autores empregam um emulador no espaço de configuração baseado no emulador comet no espaço de Fourier, que utiliza a Teoria de Campo Efetivo (EFT). Para lidar com Distorções no Espaço de Redshift (RSD) não lineares e o efeito "Dedos de Deus" sem divergências nas transformadas de Fourier, eles utilizam a abordagem da Função Geradora de Diferença de Velocidade no infinito ($VDG_\infty$). Isso envolve amortecer o espectro de potência com uma função efetiva $W_\infty$ antes de transformar para o espaço de configuração.
  • Lente Fraca: O cisalhamento e a lente galáxia-galáxia são modelados usando uma prescrição de espectro de potência baseada em modelos de halos (seguindo Porredon et al. 2025), incorporando o modelo de Alinhamento Não-Linear (NLA) para alinhamentos intrínsecos e viés de magnificação.
  • Covariância: Uma covariância Gaussiana analítica é utilizada, incluindo correlações cruzadas entre lente e agrupamento. No entanto, a auto-covariância para multipolos de agrupamento é substituída por uma determinação semi-analítica do código RascalC para melhor contabilizar a geometria da pesquisa e a não-Gaussianidade.
• Inferência: A inferência Bayesiana é realizada usando o framework cosmosis com o amostrador nautilus. A análise foca no espaço de parâmetros físicos (evitando dependência do parâmetro de Hubble $h$ na definição dos parâmetros), restringindo $\omega_m$, $\omega_{DE}$, $\sigma_{12}$ (amplitude da variância do campo de densidade linear em escalas de 12 Mpc) e $\ln(10^{10}A_s)$.

Principais Contribuições

• Primeira Análise de Forma Completa no Espaço de Configuração: Este artigo apresenta a primeira análise de forma completa das medições do DESI no espaço de configuração, ajustando a forma completa dos multipolos da função de correlação de dois pontos em vez do agrupamento projetado.
• Análise Conjunta "Mesmo Céu": É a primeira a considerar o conjunto completo de três funções de correlação de dois pontos para múltiplas pesquisas de lente fraca (KiDS, DES, HSC) combinadas com o agrupamento do DESI em um pipeline unificado.
• Abordagem de Modelagem Híbrida: O estudo emprega abordagens de modelagem distintas e tradicionais para cada sonda (EFT perturbativa para agrupamento, modelos de halos para lente) em vez de forçar um único modelo uniforme, permitindo acesso à faixa completa de escalas tradicionalmente usada em análises de destaque para cada observável específico.
• Validação: O pipeline é validado usando mocks de cone de luz Abacus, demonstrando a capacidade de recuperar parâmetros de cosmologia fiducial, embora observando viés específicos em parâmetros de amplitude devido a efeitos de projeção.

Resultados

• Restrições Cosmológicas: A análise conjunta produz restrições sobre a densidade de matéria ($\Omega_m \approx 0.30$) e densidade de energia escura ($\Omega_{DE} \approx 0.34$) que são consistentes com a análise de forma completa no espaço de Fourier do DESI e com as restrições da CMB do Planck.
• Parâmetros de Amplitude: A adição de informações de lente fraca melhora a precisão dos parâmetros de amplitude do espectro de potência em comparação com ajustes apenas de agrupamento:
  • $\ln(10^{10}A_s)$ melhora em 15%.
  • $\sigma_{12}$ melhora em 36%.
  • Medições do viés linear ($b_1$) melhoram em 15–20%.
• Tensão $S_8$: Os valores medidos de amplitude de lente fraca $S_8$ são:
  • $S_8^{\text{DESI}\times\text{HSC}} = 0.787 \pm 0.020$
  • $S_8^{\text{DESI}\times\text{DES}} = 0.791 \pm 0.016$
  • $S_8^{\text{DESI}\times\text{KiDS}} = 0.771 \pm 0.017$
    Estes valores estão $1.9\sigma - 2.9\sigma$ abaixo do valor de $S_8$ preferido pelo Planck, consistente com tensões encontradas em outras pesquisas de lente fraca.
• Consistência: Os resultados mostram excelente consistência entre as diferentes pesquisas de lente fraca e são consistentes com o artigo complementar (Porredon et al. 2025) que utiliza agrupamento projetado, bem como com a análise fiducial no espaço de Fourier da Colaboração DESI.
• Efeitos de Projeção: Análises de mocks revelam que parâmetros de amplitude ($\sigma_{12}$ e $\ln(10^{10}A_s)$) podem ser viesados para baixo em $\sim 1.5-1.8\sigma$ em ajustes combinados devido a efeitos de projeção no espaço de parâmetros multidimensional, mesmo dentro do $\Lambda$CDM. Os autores observam que o traçador BGS especificamente mostra desvios maiores em ajustes de mocks, potencialmente devido ao modelo de Distribuição de Ocupação de Halos (HOD) utilizado.

Significância e Alegações
O artigo afirma abrir caminho para futuras análises de correlação cruzada "mesmo céu" entre os próximos releases de dados do DESI e conjuntos de dados de cisalhamento sobrepostos. Serve como um teste de consistência importante para observações atuais, demonstrando que ajustes conjuntos de agrupamento de galáxias e lente fraca no espaço de configuração fornecem restrições cosmológicas precisas e consistentes. Os autores enfatizam que, embora observem algumas indicações de efeitos de projeção e viés em parâmetros de amplitude (particularmente em mocks), o quadro geral é robusto. Eles concluem que a lente fraca é uma sonda promissora para mitigar efeitos de projeção em pesquisas espectroscópicas, quebrando degenerescências com o viés de galáxias. O trabalho é apresentado como uma análise de referência para o poder de restrição de sondas conjuntas, limitando seu escopo a ajustes de $\Lambda$CDM para estabelecer uma linha de base antes de explorar extensões de energia escura ou sistemáticas mais complexas em trabalhos futuros (por exemplo, DESI-DR2).