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我国学者在弱引力透镜全天模拟方面取得重要进展
日期:2018-02-05 14:46:18稿件来源:国家自然科学基金委员会
      
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图1. 全天的弱引力透镜透镜会聚场(Kappa场)成图


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图2. 星系的形状相关函数。不同的小图表示不同距离处星系的相关函数。蓝色点为目前国际上最领先的KiDS巡天的观测数据,黑色点为康熙团队的模拟数据。


  在国家自然科学基金重点项目(项目编号:11333008)等资助下,中国科学院紫金山天文台康熙研究员、李国亮研究员领导的团队完成国际上体积最大、精度最高、覆盖全天的透镜成像模拟。研究成果以“Full-sky Ray-tracing Simulation of Weak Lensing Using ELUCID Simulations: Exploring Galaxy Intrinsic Alignment and Cosmic Shear Correlations”(利用ELUCID数值模拟构建全天的弱引力透镜光线跟踪模拟:研究星系的内秉指向和宇宙剪切相关函数)为题,于2018年1月19日发表在国际著名天文学期刊The Astrophysical Journal(《天体物理杂志》)上,论文链接:http://iopscience.iop.org/article/10.3847/ 1538-4357/aaa40d。

  根据爱因斯坦的广义相对论,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,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,并取得了一定成果。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。

  通过参加由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,结合自身发展的星系形成半解析模型,康熙研究员团队利用光线跟踪技术,完成了一个全天的、精度非常高的弱引力透镜成图(图1)。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,因此对弱引力透镜巡天的科学目标设计和理论模型有非常重要的参考价值。

  利用该模拟数据,康熙研究员团队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(图2),这是首次利用透镜模拟数据再现出实际观测数据。同时,该团队还发现,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。该团队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,为解决弱引力透镜的核心科学问题提供重要的参考价值。


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