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紫金山天文台在弱引力透镜精确测量研究中获进展

1273    2022-01-14    发布者:中国测试杂志社    来源:紫金山天文台

弱引力透镜效应是遥远天体(背景星系)发出的光线在传播路径中受到引力质量偏折后,使观测到的背景星系图像发生微弱形变(通常约为1%)的一种天文现象。这种形变视觉直观上不易被发现,而通过统计上对比随机样本便可以找到该信号,对这种信号的计算可帮助测量引力透镜的质量,甚至宇宙的密度分布,因而弱引力透镜被视为是有效的宇宙学研究探针之一,也是当今众多大型巡天项目的主要科学目标之一。
  在实际观测中,观测到的星系图像受到其他各种因素影响,其中,点扩散函数(PSF)是影响弱透镜信号测量精度的最大干扰因素之一,而弱引力透镜信号是比较微弱的一种信号,多隐藏在噪音之下,对PSF的测量精度直接影响弱引力透镜信号精确测量。因此,提高PSF测量精度成为弱引力透镜研究追求的目标。
  中国科学院紫金山天文台提出了新的PSF测量方法——光滑基函数主成分分析法(SPCA/iSPCA)。该方法改进传统的PSF测量方法——期望最大化主成分分析(EMPCA),引入一组光滑的基函数以拟合各阶主成分,而后线性组合,从而获得了关于PSF的光滑的主成分构建,解决了在传统PCA或EMPCA方法中对背景噪声的过拟合问题。改进的iSPCA方法避免了在传统PCA方法中对恒星图像做中心对齐,避免了插值算法可能引入的潜在问题。该方法实现了比传统方法更高精度的PSF测量,改善了弱引力透镜信号的提取。相关成果在线发表在《皇家天文学会月报》上。
  之后,科研人员基于SPCA方法创新性地提出了一种利用多次曝光的星系图像来限制PSF的新方法。PSF一般是由测量点源(如恒星)获得,而新方法可利用多次曝光的展源图像(如星系图像)来进一步限制PSF。该方法有望为传统PSF的插值方法提供额外的补充,为PSF插值提供更好的限制。相关成果在线发表在《皇家天文学会月报》上。
  研究工作得到国家自然科学基金和国家基础学科公共科学数据中心——宇宙学数值模拟数据库(CSD)项目的支持。



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