重大突破

紫金山天文台在弱引力透镜研究方面取得重要进展

  最近,中国科学院紫金山天文台康熙研究员、李国亮研究员带领的小组完成了国际上体积最大、精度最高、覆盖面积最大(全天)的透镜成像模拟。利用该透镜模拟数据,可以有效检验不同的星系形状模型,考察巡天深度、天区面积对测量结果的影响,对弱引力透镜巡天的科学目标设计和理论模型有重要的参考价值。

  根据爱因斯坦的广义相对论理论,来自遥远星系的光线受到观测者和星系之间物质的引力效应而发生偏折。在弱引力近似下,只是星系的形状发生改变,通过测量这种微小的形状改变可以测量宇宙中的暗物质分布。弱引力透镜效应被公认为最有效的测量暗物质分布的手段,是国际上众多大型巡天项目的主要科学目标之一。然而要达到精确宇宙学的要求,必须去除星系自身形状的指向相关性。目前国际上已经开展许多星系指向的相关工作,但是并不清楚如何有效鉴别不同的星系指向模型并考察其对宇宙学参数的影响,这成为困扰弱引力透镜达到精确宇宙学测量的核心问题。

  康熙、李国亮研究员和博士生韦成亮等人利用上海交通大学和中国科学技术大学主导完成的ELUCID宇宙学数值模拟数据,结合康熙研究员团组发展的星系形成半解析模型和球面光线跟踪技术,完成了一个全天的、精度非常高的弱引力透镜成图(见图一)。利用该模拟数据,康熙研究员团组发现其模型预言的星系形状相关的功率谱与目前国际领先的巡天项目KiDS (Kilo-Degree Survey,千平方度巡天)的观测结果符合得非常好。这是首次利用透镜模拟数据再现出实际观测数据。同时,该研究团组还发现,经典的模型能描述椭圆星系的引力-指向信号(Gravitational shear-intrinsic shear, GI),但是不能描述漩涡星系的GI信号。该研究团组首次发现漩涡星系贡献了一个不容忽视的正的GI信号,很好的解释了以往巡天测量到的正GI信号来源,并对其物理起源进行了深入讨论。这个成果进一步完善了星系指向模型,对解决弱引力透镜的核心科学问题提供了重要的参考价值。

  该项研究成果得到了国家自然科学基金委重点项目和科技部973项目的支持、于2018年1月19日发表在天文学国际核心期刊The Astrophysical Journal《天体物理杂志》上,论文衔接为:http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aaa40d

图一:全体的弱引力透镜密度场成图。利用该成图可以预言背景星系被引力透镜后产生的图像。

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