- Open Access
Skew spectra: A generalization to spin
Phys. Rev. D 113, 063563 – Published 25 March, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/25j2-lqsy
Abstract
Skew spectra allow us to extract non-Gaussian information by taking the square of a map and finding the power spectrum of this new map with the original map. This allows us to use much of the infrastructure of power spectra and avoid the intricacies of estimating three point statistics. In this paper we present the first extension of skew spectra to arbitrary spin- fields, as a means to extract non-Gaussian information efficiently from cosmological datasets like cosmic shear or cosmic microwave background polarization. We apply the formalism to weak lensing in the context of large scale structure, and discuss different ways of combining fields to build skew spectra, all while avoiding the problems associated with mass mapping. We provide plots of these new statistics for cold dark matter and vary cosmological parameters.
Physics Subject Headings (PhySH)
Article Text
References (133)
- M. Tegmark, A. N. Taylor, and A. F. Heavens, Astrophys. J. 480, 22 (1997).
- B. Abareshi et al., Astron. J. 164, 207 (2022).
- M. Abdul-Karim et al., Phys. Rev. D 112, 083515 (2025).
- Z. Ivezić et al., Astrophys. J. 873, 111 (2019).
- R. Laureijs et al., arXiv:1110.3193.
- D. Spergel et al., arXiv:1305.5425.
- R. J. Foley et al., arXiv:1812.00514.
- B. P. Crill et al., in Space Telescopes and Instrumentation 2020: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, edited by M. Lystrup, N. Batalha, E. C. Tong, N. Siegler, and M. D. Perrin (SPIE, Bellingham, WA, USA, 2020).
- P. G. Ferreira and A. Roskill, SciPost Phys. Lect. Notes 109, 1 (2025).
- Y. Akrami et al., Astron. Astrophys. 641, A9 (2020).
- M. Liguori, E. Sefusatti, J. R. Fergusson, and E. P. S. Shellard, Adv. Astron. 2010, 980523 (2010).
- A. P. S. Yadav and B. D. Wandelt, Adv. Astron. 2010, 565248 (2010).
- X. Chen, Adv. Astron. 2010, 638979 (2010).
- A. Pisani et al., arXiv:1903.05161.
- R. N. Cahn, Z. Slepian, and J. Hou, Phys. Rev. Lett. 130, 201002 (2023).
- J. Hou, Z. Slepian, and R. N. Cahn, Mon. Not. R. Astron. Soc. 522, 5701 (2023).
- G. Cabass, M. M. Ivanov, and O. H. Philcox, Phys. Rev. D 107, 023523 (2023).
- W. R. Coulton, O. H. E. Philcox, and F. Villaescusa-Navarro, Phys. Rev. D 109, 023531 (2024).
- O. H. Philcox, Phys. Rev. D 106, 063501 (2022).
- A. Banerjee and T. Abel, Mon. Not. R. Astron. Soc. 500, 5479 (2020).
- J. Bruna and S. Mallat, IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. 35, 1872 (2013).
- S. Mallat, arXiv:1101.2286.
- G. Valogiannis and C. Dvorkin, Phys. Rev. D 105, 103534 (2022).
- F. Bernardeau, S. Colombi, E. Gaztañaga, and R. Scoccimarro, Phys. Rep. 367, 1 (2002).
- A. Cooray and R. Sheth, Phys. Rep. 372, 1 (2002).
- C. D. Rimes and A. J. S. Hamilton, Mon. Not. R. Astron. Soc.: Lett. 360, L82 (2005).
- M. C. Neyrinck, I. Szapudi, and C. D. Rimes, Mon. Not. R. Astron. Soc.: Lett. 370, L66 (2006).
- T. Nishimichi, F. Bernardeau, and A. Taruya, Phys. Lett. B 762, 247 (2016).
- C. Sui, D. J. Bartlett, S. Pandey, H. Desmond, P. G. Ferreira, and B. D. Wandelt, Astron. Astrophys. 698, A1 (2025).
- R. E. Angulo, M. Zennaro, S. Contreras, G. Aricò, M. Pellejero-Ibañez, and J. Stücker, Mon. Not. R. Astron. Soc. 507, 5869 (2021).
- M. Knabenhans et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 505, 2840 (2021).
- R. E. Smith, J. A. Peacock, A. Jenkins, S. D. M. White, C. S. Frenk, F. R. Pearce, P. A. Thomas, G. Efstathiou, and H. M. P. Couchman, Mon. Not. R. Astron. Soc. 341, 1311 (2003).
- R. Takahashi, T. Nishimichi, T. Namikawa, A. Taruya, I. Kayo, K. Osato, Y. Kobayashi, and M. Shirasaki, Astrophys. J. 895, 113 (2020).
- J.-M. Marin, P. Pudlo, C. P. Robert, and R. Ryder, arXiv:1101.0955.
- A. F. Heavens, E. Sellentin, D. de Mijolla, and A. Vianello, Mon. Not. R. Astron. Soc. 472, 4244 (2017).
- E. Hivon, K. M. Gorski, C. B. Netterfield, B. P. Crill, S. Prunet, and F. Hansen, Astrophys. J. 567, 2 (2002).
- D. Alonso, J. Sanchez, and A. Slosar, Mon. Not. R. Astron. Soc. 484, 4127 (2019).
- H. A. Feldman, N. Kaiser, and J. A. Peacock, Astrophys. J. 426, 23 (1994).
- M. Tegmark and A. de Oliveira-Costa, Phys. Rev. D 64, 063001 (2001).
- J. Alsing, T. Charnock, S. Feeney, and B. Wandelt, Mon. Not. R. Astron. Soc. 488, 4440 (2019).
- K. Cranmer, J. Brehmer, and G. Louppe, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 30055 (2020).
- J. Alsing, B. Wandelt, and S. Feeney, Mon. Not. R. Astron. Soc. 477, 2874 (2018).
- C. Durkan, A. Bekasov, I. Murray, and G. Papamakarios, arXiv:1906.04032.
- A. Zablocki and S. Dodelson, Phys. Rev. D 93, 083525 (2016).
- A. Akhmetzhanova, S. Mishra-Sharma, and C. Dvorkin, Mon. Not. R. Astron. Soc. 527, 7459 (2023).
- T. Charnock, G. Lavaux, and B. D. Wandelt, Phys. Rev. D 97, 083004 (2018).
- A. F. Heavens, R. Jimenez, and O. Lahav, Mon. Not. R. Astron. Soc. 317, 965 (2000).
- R. Scranton et al., Astrophys. J. 579, 48 (2002).
- A. J. Ross et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 417, 1350 (2011).
- D. Huterer, C. E. Cunha, and W. Fang, Mon. Not. R. Astron. Soc. 432, 2945 (2013).
- L. Marian, R. E. Smith, and G. M. Bernstein, Astrophys. J. 698, L33 (2009).
- J. P. Dietrich and J. Hartlap, Mon. Not. R. Astron. Soc. 402, 1049 (2010).
- J. Harnois-Déraps, S. Heydenreich, B. Giblin, N. Martinet, T. Tröster, M. Asgari, P. Burger, T. Castro, K. Dolag, C. Heymans, H. Hildebrandt, B. Joachimi, and A. H. Wright, Mon. Not. R. Astron. Soc. 534, 3305 (2024).
- G. A. Marques, J. Liu, M. Shirasaki, L. Thiele, D. Grandón, K. M. Huffenberger, S. Cheng, J. Harnois-Déraps, K. Osato, and W. R. Coulton, Mon. Not. R. Astron. Soc. 528, 4513 (2024).
- D. Grandón and E. Sellentin, Mon. Not. R. Astron. Soc. 536, 2064 (2024).
- J. Liu and M. S. Madhavacheril, Phys. Rev. D 99, 083508 (2019).
- A. Barthelemy, S. Codis, C. Uhlemann, F. Bernardeau, and R. Gavazzi, Mon. Not. R. Astron. Soc. 492, 3420 (2020).
- A. Boyle, C. Uhlemann, O. Friedrich, A. Barthelemy, S. Codis, F. Bernardeau, C. Giocoli, and M. Baldi, Mon. Not. R. Astron. Soc. 505, 2886 (2021).
- L. Thiele, J. C. Hill, and K. M. Smith, Phys. Rev. D 102, 123545 (2020).
- L. Thiele, G. A. Marques, J. Liu, and M. Shirasaki, Phys. Rev. D 108, 123526 (2023).
- L. Castiblanco, C. Uhlemann, J. Harnois-Déraps, and A. Barthelemy, Open J. Astrophys. (2024), 10.33232/001c.121302.
- V. Ajani, J.-L. Starck, and V. Pettorino, Astron. Astrophys. 645, L11 (2021).
- V. T. Sreekanth, S. Codis, A. Barthelemy, and J.-L. Starck, Astron. Astrophys. J. 691, A80 (2024).
- J. M. Kratochvil, E. A. Lim, S. Wang, Z. Haiman, M. May, and K. Huffenberger, Phys. Rev. D 85, 103513 (2012).
- A. Petri, J. Liu, Z. Haiman, M. May, L. Hui, and J. M. Kratochvil, Phys. Rev. D 91, 103511 (2015).
- C. Parroni, V. F. Cardone, R. Maoli, and R. Scaramella, Astron. Astrophys. J. 633, A71 (2020).
- J. Armijo, G. A. Marques, C. P. Novaes, L. Thiele, J. A. Cowell, D. Grandón, M. Shirasaki, and J. Liu, Mon. Not. R. Astron. Soc. 537, 3553 (2025).
- C. Parroni, É. Tollet, V. F. Cardone, R. Maoli, and R. Scaramella, Astron. Astrophys. 645, A123 (2021).
- N. Kaiser and G. Squires, Astrophys. J. 404, 441 (1993).
- M. Shirasaki, N. Yoshida, and T. Hamana, Astrophys. J. 774, 111 (2013).
- X. Liu, Q. Wang, C. Pan, and Z. Fan, Astrophys. J. 784, 31 (2014).
- J. L. Starck, K. E. Themelis, N. Jeffrey, A. Peel, and F. Lanusse, Astron. Astrophys. 649, A99 (2021).
- A. Tersenov, L. Baumont, J. L. Starck, and M. Kilbinger, Astron. Astrophys. 698, A25 (2025).
- H. A. Feldman, J. A. Frieman, J. N. Fry, and R. Scoccimarro, Phys. Rev. Lett. 86, 1434 (2001).
- S.-F. Chen, H. Lee, and C. Dvorkin, J. Cosmol. Astropart. Phys. 05 (2021) 030.
- J. N. Fry and E. Gaztanaga, Astrophys. J. 413, 447 (1993).
- S. Matarrese, L. Verde, and A. F. Heavens, Mon. Not. R. Astron. Soc. 290, 651 (1997).
- R. Scoccimarro, H. A. Feldman, J. N. Fry, and J. A. Frieman, Astrophys. J. 546, 652 (2001).
- L. Verde et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 335, 432 (2002).
- R. E. Smith, P. I. R. Watts, and R. K. Sheth, Mon. Not. R. Astron. Soc. 365, 214 (2006).
- H. Gil-Marín, J. Noreña, L. Verde, W. J. Percival, C. Wagner, M. Manera, and D. P. Schneider, Mon. Not. R. Astron. Soc. 451, 539 (2015).
- T. Nishimichi, I. Kayo, C. Hikage, K. Yahata, A. Taruya, Y. P. Jing, R. K. Sheth, and Y. Suto, Publ. Astron. Soc. Jpn. 59, 93 (2007).
- N. S. Sugiyama, S. Saito, F. Beutler, and H.-J. Seo, Mon. Not. R. Astron. Soc. 484, 364 (2018).
- N. S. Sugiyama, S. Saito, F. Beutler, and H.-J. Seo, Mon. Not. R. Astron. Soc. 501, 2862 (2020).
- L. Harscouet, D. Alonso, A. Nicola, and A. Slosar, arXiv:2507.07968.
- F. Verdiani, L. Harscouet, M. Zennaro, D. Alonso, and B. Hadzhiyska, arXiv:2510.17796.
- Z. Slepian, D. J. Eisenstein, J. R. Brownstein, C.-H. Chuang, H. Gil-Marín, S. Ho, F.-S. Kitaura, W. J. Percival, A. J. Ross, G. Rossi, H.-J. Seo, A. Slosar, and M. Vargas-Magaña, Mon. Not. R. Astron. Soc. 469, 1738 (2017).
- H. Gil-Marín, L. Verde, J. Noreña, A. J. Cuesta, L. Samushia, W. J. Percival, C. Wagner, M. Manera, and D. P. Schneider, Mon. Not. R. Astron. Soc. 452, 1914 (2015).
- E. Sefusatti, M. Crocce, S. Pueblas, and R. Scoccimarro, Phys. Rev. D 74, 023522 (2006).
- L. Hui, Astrophys. J. 519, L9 (1999).
- A. Cooray, Phys. Rev. D 64, 043516 (2001).
- M. Takada and B. Jain, Mon. Not. R. Astron. Soc. 348, 897 (2004).
- W. R. Coulton, J. Liu, M. S. Madhavacheril, V. Böhm, and D. N. Spergel, J. Cosmol. Astropart. Phys. 05 (2019) 043.
- D. Munshi, T. Namikawa, T. D. Kitching, J. D. McEwen, R. Takahashi, F. R. Bouchet, A. Taruya, and B. Bose, Mon. Not. R. Astron. Soc. 493, 3985 (2020).
- O. Umeh, K. Koyama, and R. Crittenden, J. Cosmol. Astropart. Phys. 08 (2021) 049.
- M. Kamionkowski and T. Souradeep, Phys. Rev. D 83, 027301 (2011).
- C. Hahn, F. Villaescusa-Navarro, E. Castorina, and R. Scoccimarro, J. Cosmol. Astropart. Phys. 03 (2020) 040.
- C.-T. Chiang, C. Wagner, F. Schmidt, and E. Komatsu, J. Cosmol. Astropart. Phys. 05 (2014) 048.
- A. Barreira, J. Cosmol. Astropart. Phys. 03 (2019) 008.
- M. Biagetti, L. Castiblanco, J. Noreña, and E. Sefusatti, J. Cosmol. Astropart. Phys. 09 (2022) 009.
- J. Salvalaggio, L. Castiblanco, J. Noreña, E. Sefusatti, and P. Monaco, J. Cosmol. Astropart. Phys. 08 (2024) 046.
- U. Giri, M. Münchmeyer, and K. M. Smith, Phys. Rev. D 112, 123544 (2025).
- J. Byun, A. Eggemeier, D. Regan, D. Seery, and R. E. Smith, Mon. Not. R. Astron. Soc. 471, 1581 (2017).
- M. Schmittfull, T. Baldauf, and U. Seljak, Phys. Rev. D 91, 043530 (2015).
- A. M. Dizgah, H. Lee, M. Schmittfull, and C. Dvorkin, J. Cosmol. Astropart. Phys. 04 (2020) 011.
- D. Munshi, H. Lee, C. Dvorkin, and J. D. McEwen, J. Cosmol. Astropart. Phys. 11 (2022) 020.
- P. Chakraborty, S.-F. Chen, and C. Dvorkin, J. Cosmol. Astropart. Phys. 07 (2022) 038.
- J. Hou, A. Moradinezhad Dizgah, C. Hahn, and E. Massara, J. Cosmol. Astropart. Phys. 03 (2023) 045.
- J. Hou, A. M. Dizgah, C. Hahn, M. Eickenberg, S. Ho, P. Lemos, E. Massara, C. Modi, L. Parker, and B. R.-S. Blancard, Phys. Rev. D 109, 103528 (2024).
- G. S. Farren, B. D. Sherwin, B. Bolliet, T. Namikawa, S. Ferraro, and A. Krolewski, arXiv:2311.04213.
- L. Harscouet, J. A. Cowell, J. Ereza, D. Alonso, H. Camacho, A. Nicola, and A. Slosar, Open J. Astrophys., 10.33232/001c.128309 (2025).
- E. T. Newman and R. Penrose, J. Math. Phys. (N.Y.) 7, 863 (1966).
- J. N. Goldberg, A. J. Macfarlane, E. T. Newman, F. Rohrlich, and E. C. G. Sudarshan, J. Math. Phys. (N.Y.) 8, 2155 (1967).
- U. Seljak and M. Zaldarriaga, Phys. Rev. Lett. 78, 2054 (1997).
- M. Kamionkowski, A. Kosowsky, and A. Stebbins, Phys. Rev. Lett. 78, 2058 (1997).
- W. Hu, Phys. Rev. D 62, 043007 (2000).
- W. Hu, Phys. Rev. D 64, 083005 (2001).
- M. Shiraishi, M. Liguori, and J. R. Fergusson, J. Cosmol. Astropart. Phys. 05 (2014) 008.
- D. Jeong and F. Schmidt, Phys. Rev. D 102, 023530 (2020).
- P. Schneider, Weak gravitational lensing, in Gravitational Lensing: Strong, Weak and Micro (Springer, Berlin, Heidelberg, 2006), pp. 269–451.
- R. Mandelbaum, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 56, 393 (2018).
- F. Bernardeau, C. Bonvin, and F. Vernizzi, Phys. Rev. D 81, 083002 (2010).
- F. Bernardeau, C. Bonvin, N. Van de Rijt, and F. Vernizzi, Phys. Rev. D 86, 023001 (2012).
- S. Dodelson, C. Shapiro, and M. White, Phys. Rev. D 73, 023009 (2006).
- C. Shapiro, Astrophys. J. 696, 775 (2009).
- E. Krause et al., arXiv:2105.13548.
- S. Dodelson and P. Zhang, Phys. Rev. D 72, 083001 (2005).
- M. LoVerde and N. Afshordi, Phys. Rev. D 78, 123506 (2008).
- M. Kilbinger, C. Heymans, M. Asgari, S. Joudaki, P. Schneider, P. Simon, L. Van Waerbeke, J. Harnois-Déraps, H. Hildebrandt, F. Köhlinger, K. Kuijken, and M. Viola, Mon. Not. R. Astron. Soc. 472, 2126 (2017).
- P. Lemos, A. Challinor, and G. Efstathiou, J. Cosmol. Astropart. Phys. 05 (2017) 014.
- N. Aghanim et al., Astron. Astrophys. 641, A6 (2020).
- N. E. Chisari et al., Astrophys. J. Suppl. Ser. 242, 2 (2019).
- V. Desjacques, D. Jeong, and F. Schmidt, Phys. Rep. 733, 1 (2018).