We consider dynamical dark energy models based on a minimally coupled scalar field with three different potentials: the inverse power-law, SUGRA and double exponential potentials. For each model, we derived perturbation initial conditions in the early epoch and performed the Markov Chain Monte Carlo (MCMC) analysis to explore the parameter space that is favored by the current cosmological observations like Planck CMB anisotropy, type Ia supernovae, and baryon acoustic oscillation data. The analysis has been done by using the modified CAMB/COSMOMC code in which the dynamical evolution of the scalar field perturbations are fully considered. The MCMC constraints on the cosmological as well as potential parameters are derived. In the talk we will present a progress report.
Recent work by Ravanbakhsh et al. (2017), Mathuriya et al. (2018) showed that convolutional neural networks (CNN) can be trained to predict cosmological parameters from the visual shape of the large scale structure, i.e. the filaments, clusters and voids of the cosmic density field. These preliminary works used the dark matter density field at redshift zero. We build upon these works by considering realistic mock galaxy catalogues that mimic true observations. We construct light-cones that span the redshift range appropriate for current and near future cosmological surveys such as LSST, EUCLID, WFIRST etc. In summary, we propose a novel multi-image input CNN to track the evolution in the morphology of large scale structures over cosmic time to constrain cosmology and the expansion history of the Universe.
We present simulations of the optical-band images of high-redshift galaxies utilizing 845 near-ultraviolet (NUV) images of nearby galaxies obtained through the Galaxy Evolution Explorer (GALEX). We compute the concentration (C), asymmetry (A), Gini (G), and $M_{20}$ parameters of the GALEX NUV/Sloan Digital Sky Survey r-band images at z ~ 0 and their artificially redshifted optical images at z = 0.9 and 1.6 in order to quantify the morphology of galaxies at local and high redshifts. The morphological properties of nearby galaxies in the NUV are presented using a combination of morphological parameters, in which early-type galaxies are well separated from late-type galaxies in the $G-M_{20}$, $C-M_{20}$, A-C, and $A-M_{20}$ planes. Based on the distribution of galaxies in the A-C and $G-M_{20}$ planes, we examine the morphological K-correction (i.e., cosmological distance effect and bandshift effect). The cosmological distance effect on the quantitative morphological parameters is found to be significant for early-type galaxies, while late-type galaxies are more greatly affected by the bandshift effect. Knowledge of the morphological K-correction will set the foundation for forthcoming studies on understanding the quantitative assessment of galaxy evolution.
Kim, Ju-Han;Park, Chang-Bom;Rossi, Graziano;Lee, Sang-Min;Gott, J. Richard III
Journal of The Korean Astronomical Society
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v.44
no.6
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pp.217-234
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2011
We present two large cosmological N-body simulations, called Horizon Run 2 (HR2) and Horizon Run 3 (HR3), made using $6000^3$ = 216 billions and $7210^3$ = 374 billion particles, spanning a volume of $(7.200\;h^{-1}Gpc)^3$ and $(10.815\;h^{-1}Gpc)^3$, respectively. These simulations improve on our previous Horizon Run 1 (HR1) up to a factor of 4.4 in volume, and range from 2600 to over 8800 times the volume of the Millennium Run. In addition, they achieve a considerably finer mass resolution, down to $1.25{\times}10^{11}h^{-1}M_{\odot}$, allowing to resolve galaxy-size halos with mean particle separations of $1.2h^{-1}$Mpc and $1.5h^{-1}$Mpc, respectively. We have measured the power spectrum, correlation function, mass function and basic halo properties with percent level accuracy, and verified that they correctly reproduce the CDM theoretical expectations, in excellent agreement with linear perturbation theory. Our unprecedentedly large-volume N-body simulations can be used for a variety of studies in cosmology and astrophysics, ranging from large-scale structure topology, baryon acoustic oscillations, dark energy and the characterization of the expansion history of the Universe, till galaxy formation science - in connection with the new SDSS-III. To this end, we made a total of 35 all-sky mock surveys along the past light cone out to z = 0.7 (8 from the HR2 and 27 from the HR3), to simulate the BOSS geometry. The simulations and mock surveys are already publicly available at http://astro.kias.re.kr/Horizon-Run23/.
Koo, Hanwool;Shafieloo, Arman;Keeley, Ryan;L'Huillier, Benjamin
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.44
no.2
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pp.54.1-54.1
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2019
We use iterative smoothing reconstruction method along with exploring in the parameter space of the light curves of the JLA supernova compilation (Joint Light-curve Analysis) to simultaneously reconstruct the expansion history of the universe as well as putting constrains on the light curve parameters without assuming any cosmological model. Our constraints on the light curve parameters of the JLA from our model-independent analysis seems to be closely in agreement with results assuming ΛCDM cosmology or using Chevallier-Polarski-Linder (CPL) parametrization for the equation of state of dark energy. This implies that there is no hidden significant feature in the data that could be neglected by cosmology model assumption. The reconstructed expansion history of the universe and properties of dark energy seems to be in good agreement with expectations of the standard ΛCDM model. Our results also indicate that the data allows a considerable flexibility for expansion history of the universe.
Recent cosmological observations indicate that the reionized universe may have started at around z = 6, where a significant suppression around $Ly{\alpha}$ has been observed from the neutral intergalactic medium. The associated neutral hydrogen column density is expected to exceed $10^{21}cm^{-2}$, where it is very important to use the accurate scattering cross section known as the Kramers-Heisenberg formula that is obtained from the fully quantum mechanical time-dependent second order perturbation theory. We present the Kramers-Heisenberg formula and compare it with the formula introduced in a heuristic way by Peebles (1993) considering the hydrogen atom as a two-level atom, from which we find a deviation by a factor of two in the red wing region far from the line center. Adopting a representative set of cosmological parameters, we compute the Gunn-Peterson optical depths and absorption profiles. Our results are quantitatively compared with previous work by Madau & Rees (2000), who adopted the Peebles approximation in their radiative transfer problems. We find deviations up to 5 per cent in the Gunn-Peterson transmission coefficient for an accelerated expanding universe in the red off-resonance wing part with the rest wavelength ${\Delta}{\lambda}{\sim}10{\AA}$.
We are currently living in the era of the wide field cosmological surveys, either spectroscopic such as Dark Energy Spectrograph Instrument or photometric such as the Dark Energy Survey or the Large Synoptic Survey Telescope. By analyzing the distribution of matter clustering, we can use the growth of structure, in combination with measurements of the expansion of the Universe, to understand dark energy or to test different models of gravity. But we also live in the era of multi-tracer or multi-messenger astrophysics. In particular, during the next decades radio surveys will map the matter distribution at higher redshifts. Like in optical surveys, there are radio imaging surveys such as continuum radio surveys such as the ongoing EMU or spectroscopic by measuring the hydrogen 21cm line. However, we can also use intensity mapping as a low resolution spectroscopic technique in which we use the intensity given by the emission from neutral hydrogen from patches of the sky, at different redshifts. By cross-correlating this maps with galaxy catalogues we can improve our constraints on cosmological parameters and to understand better how neutral hydrogen populates different types of galaxies and haloes. Creating realistic mock intensity mapping catalogues is necessary to optimize the future analysis of data. I will present the mock neutral hydrogen catalogues that we are developing, using the Horizon run 4 simulations, to cross-correlate with mock galaxy catalogues from low redshift surveys and I will show the preliminary results from the first mock catalogues.
Koo, Hanwool;Shafieloo, Arman;Keeley, Ryan E.;L'Huillier, Benjamin
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.45
no.1
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pp.48.4-49
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2020
We reconstruct the expansion history of the universe using type Ia supernovae (SN Ia) in a manner independent of any cosmological model assumptions. To do so, we implement a nonparametric iterative smoothing method on the Joint Light-curve Analysis (JLA) data while exploring the SN Ia light-curve hyperparameter space by Markov Chain Monte Carlo (MCMC) sampling. We test to see how the posteriors of these hyperparameters depend on cosmology, whether using different dark energy models or reconstructions shift these posteriors. Our constraints on the SN Ia light-curve hyperparameters from our model-independent analysis are very consistent with the constraints from using different parameterizations of the equation of state of dark energy, namely the flat ΛCDM cosmology, the Chevallier-Polarski-Linder model, and the Phenomenologically Emergent Dark Energy (PEDE) model. This implies that the distance moduli constructed from the JLA data are mostly independent of the cosmological models. We also studied that the possibility the light-curve parameters evolve with redshift and our results show consistency with no evolution. The reconstructed expansion history of the universe and dark energy properties also seem to be in good agreement with the expectations of the standard ΛCDM model. However, our results also indicate that the data still allow for considerable flexibility in the expansion history of the universe. This work is published in ApJ.
The Milky Way (MW) and other systems including M31 and Cen A have flattened structures of their satellites (Disk of Satellites, DoS). Such structures are rare in simulations under the ΛCDM paradigm. DoS is known to depend mainly on 1) the alignment of satellite orbits and 2) the degree of central concentration of satellites. In this work, we examine quantitatively how these two parameters affect the flatness of a system. We find that the MW-like DoS is rare in IllustrisTNG100 simulation because its two parameters are out of the 1-s range and furthermore the MW has a structure more flattened than the other systems having similar parameters. Besides, we propose a new criterion for the MW-like systems superseding the conventional ones such as major-minor axis ratio of the MW's DoS with a value of 0.183. Each satellite system has a specific orbital combination and thus has a particular distribution of its parameters (and thus flatness). The median of the distribution is set as the representative value of each system. And the representative value of the MW can be used as a new criterion for classifying the MW-like DoS. We reconstruct the orbital combination of the observed MW satellites using GAIA DR2 data and find the systems in the simulation that have representative values similar to the new criterion from the reconstructed MW system. This allows us a new interpretation on the rarity of MW-like DoS in cosmological simulations.
Using a cosmological ${\Lambda}CDM$ simulation, we analyze the differences between the widely-used spin parameters suggested by Peebles and Bullock. The dimensionless spin parameter ${\lambda}$ proposed by Peebles is theoretically well-justified but includes an annoying term, the potential energy, which cannot be directly obtained from observations and is computationally expensive to calculate in numerical simulations. The Bullock's spin parameter ${\lambda}^{\prime}$ avoids this problem assuming the isothermal density profile of a virialized halo in the Newtonian potential model. However, we find that there exists a substantial discrepancy between ${\lambda}$ and ${\lambda}^{\prime}$ depending on the adopted potential model (Newtonian or Plummer) to calculate the halo total energy and that their redshift evolutions differ to each other significantly. Therefore, we introduce a new spin parameter, ${\lambda}^{\prime\prime}$, which is simply designed to roughly recover the value of ${\lambda}$ but to use the same halo quantities as used in ${\lambda}^{\prime}$. If the Plummer potential is adopted, the ${\lambda}^{\prime\prime}$ is related to the Bullock's definition as ${\lambda}^{\prime\prime}=0.80{\times}(1+z)^{-1/12}{\lambda}^{\prime}$. Hence, the new spin parameter ${\lambda}^{\prime\prime}$ distribution becomes consistent with a log-normal distribution frequently seen for the ${\lambda}^{\prime}$ while its mean value is much closer to that of ${\lambda}$. On the other hand, in case of the Newtonian potential model, we obtain the relation of ${\lambda}^{\prime\prime}=(1+z)^{-1/8}{\lambda}^{\prime}$; there is no significant difference at z = 0 as found by others but ${\lambda}^{\prime}$ becomes more overestimated than ${\lambda}$ or ${\lambda}^{\prime\prime}$ at higher redshifts. We also investigate the dependence of halo spin parameters on halo mass and redshift. We clearly show that although the ${\lambda}^{\prime}$ for small-mass halos with $M_h$ < $2{\times}10^{12}M_{\odot}$ seems redshift independent after z = 1, all the spin parameters explored, on the whole, show a stronger correlation with the increasing halo mass at higher redshifts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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