天体物理学改进了引力透镜信号，从而获得了更准确的宇宙宇宙学模型

来自遥远星系的光揭示了有关宇宙本质的重要信息，并使科学家能够开发出宇宙的历史，演化和结构的高精度模型。

然而，与位于地球和这些星系之间的大量暗物质袋相关的引力对这些银河系光信号造成了破坏。重力使星系的光线失真（这个过程称为引力透镜），并且还会使星系在物理上稍微对齐，从而导致额外的引力透镜光信号污染了真实数据。

德克萨斯大学达拉斯分校的《天体物理学杂志快报》上发表的一项研究表明，首次使用一种称为自校准的方法可以消除重力透镜信号中的污染。自然科学和数学学院的物理学教授，研究的相应作者Mustapha Ishak-Boushaki博士说，这些结果将导致建立更准确的宇宙宇宙学模型。

“自校准方法是大约10年前其他人提出的；许多人认为这只是一种理论方法，而放弃了它。” Ishak-Boushaki说。“但是我凭直觉就感到了希望。经过八年的不断研究，使该方法本身日趋成熟，然后在将其应用于数据的最后两年中，该方法取得了成果，对宇宙学研究具有重要意义。”

宇宙的镜头

引力透镜是宇宙学中最有前途的方法之一，可以提供有关构成当前宇宙模型基础的参数的信息。

“它可以帮助我们绘制暗物质的分布图，并发现有关宇宙结构的信息。但是，如果我们不提取引力透镜信号中的污染物，对此类宇宙学参数的测量可能会减少多达30％，” Ishak-Boushaki说。

阿贝尔370是一个距地球约40亿光年的星系团，天文学家在其中观测到引力透镜现象，这是由于该团的引力场引起的时空扭曲，使位于其后方的星系的光线失真。这表现为图片中的弧线和条纹，这是背景星系的拉伸图像。

由于遥远星系的形成方式及其形成的环境，它们在物理上与靠近它们的暗物质略微对齐。这种固有的对准会产生其他虚假的透镜信号或偏差，这些信号会污染星系中的数据，从而使关键的宇宙学参数（包括描述宇宙中暗物质和暗能量的数量以及描述星系如何快速移动的那些参数）的测量值产生偏差。彼此远离。

使问题进一步复杂化的是，有两种类型的固有对齐方式需要不同的缓解方法。在他们的研究中，研究小组使用自校准方法从一种称为固有形状-重力剪切的对准类型中提取有害信号，这是最关键的组成部分。

Ishak-Boushaki说：“我们的工作大大增加了成功准确地测量暗能量特性的机会，这将使我们能够了解造成宇宙加速的原因。”“另一个影响将是准确确定爱因斯坦的广义相对论是否在宇宙中具有非常大的规模。这些是非常重要的问题。”

对宇宙学的影响

一些旨在更好地了解宇宙的大型科学调查正在进行中，它们将收集引力透镜数据。其中包括Vera C. Rubin天文台的时空遗留调查（LSST），欧洲航天局的Euclid任务和NASA的Nancy Grace Roman太空望远镜。

“我们的工作大大增加了成功准确地测量暗能量特性的机会，这将使我们能够了解造成宇宙加速的原因。另一个影响将是准确确定爱因斯坦的广义相对论是否在宇宙中具有非常大的规模。这些是非常重要的问题。”

—自然科学与数学学院物理学教授Mustapha Ishak-Boushaki博士

“这里最大的赢家将是这些即将进行的引力透镜调查。LSST暗能量科学合作组织的成员兼召集人Ishak-Boushaki说，我们将真正能够从他们那里获得理解我们宇宙的全部潜力。

上海交通大学天文学教授，本研究的合著者张鹏杰博士首先提出了一种去除污染信号的自校准方法。

Ishak-Boushaki和他的一位前学生Michael Troxel MS’11，PhD’14一起，进一步发展了该方法并将其引入宇宙学观察领域，而他现在是杜克大学的物理学助理教授。自2012年以来，该研究得到了美国国家科学基金会（NSF）向Ishak-Boushaki提供的两项资助。

“并非所有人都确定自我校准会导致如此重要的结果。一些同事感到鼓舞。有些人持怀疑态度，” Ishak-Boushaki说。“我了解到不放弃是值得的。我的直觉是，如果做得正确，它将奏效，我感谢NSF看到这项工作的前景。”

参考：Eske M. Pedersen，Ji Yao，Mustapha Ishak和Zhang Pengjie于2020年8月5日发表的“通过光度星系调查中的自校准方法首次使用自校准方法检测星系的本征比对GI型”，天体物理学杂志Letters.DOI ：
10.3847 / 2041-8213 / aba51b

其他研究作者为UT达拉斯物理学博士生Eske Pedersen，主要作者；和上海交通大学的研究员Ji Yao Ph'’18。

该研究得到了美国能源部的部分支持。科学家还利用了德克萨斯州高级计算中心（德克萨斯大学奥斯汀分校由NSF资助的超级计算机中心）中的高性能计算资源。