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范祖辉教授团组弱引力透镜数据研究对宇宙学参数作出新限制


  本报讯 近日,与欧洲KiDS(The Kilo-DegreeSurvey)巡天项目组合作,云南大学中国西南天文研究所范祖辉教授带领的宇宙学团组基于KiDS~450deg2(记为KiDS-450)天区的弱引力透镜观测数据开展了详细的弱引力透镜峰值统计宇宙学分析,对宇宙学参数给出新限制。
  宇宙大尺度结构产生的引力效应会改变时空性质,造成光的传播路径发生偏折,这使得所观测到的远处星系的形状和亮度发生微小改变,这个效应称为弱引力透镜效应,是公认的最重要的宇宙学探针之一。正在进行的KiDS巡天专为弱引力透镜分析所设计,是国际主要第三代透镜巡天项目之一,计划在(u,g, r, i)四个波段对~1500 deg2的天区进行观测。
  在本工作中,利用KiDS-450观测数据,团组构建了以透镜效率因子为权重的二维投影物质分布场,即透镜汇聚场,并进行了峰值统计。利用本团组提出和开发的峰值统计理论模型及分析平台,研究人员进行了宇宙学限制,深入研究了包括重子物理效应以及星系团成员星系污染等效应在内的各种系统误差所带来的影响。图1左图展示了得到的KiDS-450峰值数目分布,右图展示了本工作中KiDS-450弱引力透镜峰值统计(蓝色)和之前的KiDS-450透镜剪切两点相关分析(绿色)、Planck卫星之前的微波背景辐射分析(黄色)以及Planck卫星的微波背景辐射分析(红色)所得到的对宇宙学参数的限制结果的比较,这里σ8,Ωm分别为反应物质密度扰动大小和今天宇宙中物质含量的物理量。
  从右图可以看到,本团组的结果与之前KiDS团队开展的两点相关分析结果高度符合。峰值分析所携带物理信息侧重于大质量非线性物质结构,突出了物质分布场的非高斯统计性质,与两点相关分析互补。二者所得结果的一致性进一步提高了KiDS-450宇宙学限制的置信度。进一步看到,KiDS-450的限制与Planck微波背景辐射所得结果存在差别,限制量S8=σ8(Ωm)0.5相差约2σ。因微波背景辐射反映了早期宇宙演化行为,而弱引力透镜分析敏感于后期结构形成过程,两种观测给出的宇宙学结果的不一致引起了人们极大的兴趣,而深入理解这一差别已成为当前宇宙学领域的重要前沿。
  该研究工作已被天文学领域国际顶尖学术刊物《皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the RoyalAstronomical Society,IF:5.10)接收,将于近期正式发表。云南大学中国西南天文研究所刘项琨副教授是该工作的主要完成人,系共同通讯作者。
  据悉,今年9月以来,云南大学中国西南天文研究所已有多篇论文发表于《天体物理学杂志通讯》、《皇家天文学会月刊》等业界顶尖学术刊物。
  中国西南天文研究所
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