中科院上海天文台在弱引力透镜宇宙学研究中获得重要进展

近期，中国科学院上海天文台陕欢源课题组和上海交通大学物理与天文学院张鹏杰课题组合作，基于国际上最先进的千平方度巡天（KiDS）数据和Planck卫星宇宙微波背景辐射弱引力透镜（CMB）数据，研究了利用两者的交叉关联限制宇宙学，并首次在这一结果中完整考虑扣除来自星系内秉指向性（IA）带来的污染。相关研究成果已于2023年5月16日发表在《天文学与天体物理学》上。

弱引力透镜是暗物质宇宙演化的唯一无偏探针，它在限制宇宙学、大尺度结构演化、暗能量模型等方面有着其他观测手段无法替代的优势。弱引力透镜描述了光线因相对论效应在弱引力场中产生偏折，而对应光源即会在观测者眼中发生形变而偏离原本形状。通过对这一形变效应的观测，即可推测出光源和观测者之间的引力场分布或物质分布，从而更深入地理解宇宙成分性质和宇宙大尺度结构的演化规律。天文学家认为，使用星系形状因弱引力透镜的形变（剪切场，shear）和CMB光子因弱引力透镜的形变（汇聚场，convergence）的交叉关联，可以有效避免一些系统误差的影响，更好地提取出宇宙学信息。

这一交叉关联自2015年首次被观测到以来，已被多项研究工作使用不同数据得以验证。然而这一信号的处理仍存在一些简单的假设，这些假设在未来的观测中可能会被打破。论文第一作者、中国科学院上海天文台姚骥博士指出，星系内秉指向性IA，即星系在被弱引力透镜扭曲之前的形状，对这一交叉关联信号的影响一般都基于一些假设，而这些假设的正确性值得更深入探讨。

科研团队总结了在过去的8年里对这一信号的所有处理方法。为了弥补这方面探索的缺失，研究人员利用星系内秉指向性和弱引力透镜信号在光路上是否具有对称性这一特征，使用自修正的方法分离并扣除了KiDS数据中IA的影响，并验证了由于IA导致的这一系统误差在如今的数据中已经拥有一定的影响，约合0.5σ，超出了无偏宇宙学0.31σ的要求。而这一影响在即将到来的第四代弱引力透镜巡天中将会随着统计误差的缩小而极速放大。该研究中所使用的全新IA自修正方法是在弱引力透镜宇宙学的首次应用。这一新方法为宇宙学的研究提供了除模型拟合、模拟数据验证等传统的手段之外，直接从测光巡天数据中提取IA并消除其宇宙学影响的方法，也是目前唯一基于对称性的IA修正手段。

研究结果显示，通过大量的基于模拟数据和观测数据的自洽性检验，自修正方法能够很好地减少IA对宇宙学信号的污染，且通过打破简并现象，极大地保持了观测对宇宙学的限制力。论文通讯作者、中国科学院上海天文台陕欢源研究员表示，研究的重要意义不仅体现在通过大量验证、完善了扣除方法的方式对IA进行了更为详实的研究，同时使用了独立于其他方法的、全新的自修正扣除方法，首次在测光巡天数据中从对称性的角度提取并扣除IA污染。这种全新的扣除方法也可以扩展到许多其他宇宙学研究上。此外，从星表到宇宙学的研究在工程实现方面也具有重要意义，陕欢源期望后续在我国自主研发的空间站工程巡天望远镜（CSST）上开展相关的应用研究。