用大尺度结构的Minkowski泛函探测大质量中微子

大质量中微子在其自由流尺度下抑制结构的增长。该效应在小尺度上最为显著，而广泛使用的两点统计量已无法捕捉全部信息。在本工作中，我们研究大质量中微子在大尺度结构（LSS）上留下的形态学特征，这些特征由$4$个Minkowski泛函（MFs）完整描述，并利用公开可用的N体模拟量化MFs对总中微子质量$M_{\nu}$的约束。我们发现MFs提供了重要的互补信息，并给出比功率谱更紧的$M_{\nu}$约束。具体而言，根据密度场中是否包含大质量中微子（‘m’场）或不包含（‘cb’场），我们发现平滑尺度$R_G=5 h^{-1}$Mpc下MFs对$M_{\nu}$的约束比功率谱好$48$倍或$4$倍。当MFs与功率谱结合时，相对于后者可将‘m’场的$M_{\nu}$约束提升63倍，‘cb’场提升5倍。值得注意的是，使用‘m’场时，MFs对$M_{\nu}$的约束在体积为$1(h^{-1}\rm Gpc)^3$时可达$0.0177$eV，而MFs与功率谱结合可将此约束收紧至$0.0133$eV，对探测中微子质量最小总和达到$4.5\sigma$显著水平。对于‘m’场，我们还发现MFs打破了$\sigma_8$与$M_{\nu}$的简并，从而对本文考虑的全部6个宇宙学参数给出比功率谱更强的约束。