LSS  in  LSST  

Licia  Verde  ICREA  &  ICC-‐UB  

h4p://icc.ub.edu/~liciaverde  

LSST  in  numbers  •  EffecDve  etendue  319  m2deg2  •  FoV  9.9  deg2  •  EffecDve  aperture  6.7m  •  Wavelength  coverage  320-‐1080  nm,  filters  u  g  r  I  z  y  •  Sky  coverage  20,000  sq  deg  •  Single  visit  depth  r  ~  24.5  (5  σ  point  source)  •  Seeing  0.7  arcsec  in  r  •  Each  patch  of  the  sky  observed  2000  Dmes  (15s-‐days)  1000  visits  

•  Photometric  repeatability    5-‐10  millimags  •  Astrometric  precision    be4er  than  10  mas  (rsm)  per  visit  per  coord    see  e.g.,    LSST  science  book  at  h4p://arxiv.org/abs/0912.0201  or    h4p://www.lsst.org/lsst/scibook      

chapters  

Solar  system,  milky  way,  the  variable  Universe  (TIME  DOMAIN),  galaxies  and  cosmology    

``The  LSST  survey  data  will  be  public  with  no  proprietary  period    in  the  United  States    with  a  goal  to  make  it  world  public”  

Large  survey  volume  

Recall  that    e.g.,  error  on  the  Power  spectrum  is  oc  1/(Veff)1/2      and  kmin  oc  1/V  1/3    

Primordial  fluctuaDons  and  constraints  on  inflaDon  

Yes,    it  can  also  do  (angular)  BAO…  

InflaDon  solves  the  flatness/horizon/structure  problems    

Cosmological  perturbaDons  arise  from  quantum  fluctuaDons,  evolve  classically  

We  do  not  know  the  dynamics  of  inflaDon:  parameterize  weakly  scale  dependent    funcDons  with  few  numbers  to  constrain  observaDonally  

V(φ)à  P(k)  

P�(k) = ~✓H

2⇡

◆2

PR(k) '~

4⇡2

✓H4

�̇2

◆2

k=aH

Scalar  

Where  useful?  

Models  of  slow  roll  inflaDon:  ``only”  improve  errors  by  factor  of  ~2  compared  to  Planck  

Key  gain  is  for  models  with    Features  on  large  scales    

Fig  from  Zhang  et  al  (2006)  

Primordial  non-‐Gaussianity  from  halo  bias  •  Gaussian  IC  and  a  non-‐Gaussian  IC  can  have  the  same  P(k)  for  the  dark  ma4er  

•  For  Gaussian  IC  the  P(k)  of  massive  halos  is  completely  specified  by  the  dark  ma4er  P(k)  

•  For  Non  Gaussian  IC,  however,  the  P(k)  of  the  halos,  depends  on  all  higher  order  correlaDons  (i.e.  fNL)    

For  Gaussian  fields  high  peaks  (halos)  are  approx.  linearly  biased    in  a  scale  independent  way      wrt  the  dark  ma4er  (Kaiser  result)  

For  non-‐Gaussian  fields  bias  will  not  be  linear,  scale  independent      

Non-‐Gaussian  halo  bias  and  bispectrum  shapes  

Non-‐Gaussian  halo  bias  and  bispectrum  shapes  

Matarrese,  Verde  08  Verde,  Matarrese  09  Taruya  et  al  08  

Wagner  &  Verde,  2012  

The  effect  and  forecasted  errors  local  shape  

Carbone,  Verde,  Matarrese  08   Carbone,  Mena  Verde,  ‘10  

�fNL ⇠ 0.7 (1� �)

Verde  &  Matarrese  2009,  ApJL  On  horizon-‐scales  Poisson  equaDon  gets  quadraDc  correcDons:  Needs  IC  set  up  of  inflaDon,  parallels  the  TE  anD-‐correlaDon.  

InflaDonary-‐GR  Intrinsic  to  LSS  

At  a    potenDally  detectable  level!  

Neutrino  properDes  •  OscillaDons  indicate  neutrinos  have  mass:    

•  Three  possible  hierarchies  

•  Physics  beyond  the  standard  model!  •  The  standard  model  has  3  neutrino  species,  but…  

Neutrino  mass  eigenstates  are  not  the  same  as  flavor  

NORMAL   INVERTED  DEGENERATE  

Δmatmo  

Δmsol  Δmatmo  

Δmsol  

Total  v  mass  increases  

Cosmology  is    key  in  determining  the  absolute  mass  scale    

Inverted  

normal  

degenerate  

The  problem  is    systemaDc  errors  

Physical  effects  Total  mass  >~1  eV  become  non  relaDvisDc  before  recombinaDon   CMB    

Total  mass  

LSST  lensing  +  Planck  CMB  

Constraints  use  linear  theory;  non-‐lineariDes  enhance  the  effect  

1σ  errors  

PL  LCDM  

Running,  w  w’  

Evidence  for  more  than  3  neutrinos  LSST+Planck  

inconclusive  

strong  

decisive  

substanDal  

Sterile  neutrinos,    but  any  type  of  “dark  radiaDon”    Adapted  from  Kitching  et  al  2007  

Dirac  or  Majorana?                    hierarchy  

Jimenez,  Kitching,    Penya-‐Garay,  Verde,  arXiv:1003:5918  

Hierarchy  effect  on  the    shape  of  the  power  spectrum  

Δmatmo  

Δmsol  Δmatmo  

Δmsol  

NH   IH  Δ

Neutrinos of different masses have different transition redshifts from relativistic to non-relativistic behavior, and their individual masses and their mass splitting change the details of the radiation-domination to matter- domination regime."

Jimenez,  Kitching,    Penya-‐Garay,  Verde,  JACP2010  

Hierarchy  effect  on  the    shape  of  the  power  spectrum  

Δmatmo  

Δmsol  Δmatmo  

Δmsol  

NH   IH  Δ

Neutrinos of different masses have different transition redshifts from relativistic to non-relativistic behavior, and their individual masses and their mass splitting change the details of the radiation-domination to matter- domination regime."

Wagner,  Verde,  Jimenez,  2012,  arXiv:1203.5342  

Hierarchy  effect  on  the    shape  of  the  power  spectrum  

A  word  of  warning!  

Jimenez,  Kitching,    Penya-‐Garay,  Verde,  JCAP  2010  arXiv:1003:5918  

Detectability?  

Wagner,  Verde,  Jimenez,  2012,  arXiv:1203.5342  

Only  LSS  but  fixing  all  other  parameters!!!!  

Future  surveys  like  LSST    can  help!  

Jimenez,  Kitching,    Penya-‐Garay,  Verde,  arXiv:1003:5918  

TesDng  gravity  

Lensing  only  

γ≅0.55          In  GR  

Fig  from  Heavens  et  al.  2007  

Constraining  cluster  physics  

Sealfon  et  al  2005  

Summary  •  A  biased  and  incomplete  overview    of  what  LSST  can  do  for  LSS  

•  Large  survey  volume:    access  to  large  scales,    many  Fourier  modes,  depth  in  z  

•   Weak  lensing:  direct  map  to  DM  •   Primordial  Universe  (inflaDon  and  non-‐Gaussianity);  neutrino  properDes,  tesDng  gravity(dark  energy)