也許令人驚訝的是，宇宙并不是由隨機(jī)分布在空間中的星系組成；也就是說，它不是很均勻。相反，宇宙星系聚集成不同的結(jié)構(gòu)，通常是由巨大空隙分開的巨大絲狀物——“大尺度結(jié)構(gòu)(LSS)”，這個(gè)結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和映射是大約30年前CfA天文學(xué)家首創(chuàng)。

自那以后，天文學(xué)家們將大尺度結(jié)構(gòu)圖與宇宙微波背景輻射(CMBR)結(jié)果以及有關(guān)宇宙大爆炸的想法結(jié)合起來，形成了一幅非常一致的宇宙圖景，包括宇宙的起源和演化。

神秘的東西仍然存在，例如暗物質(zhì)，預(yù)計(jì)也會(huì)聚集在大型結(jié)構(gòu)中。CfA天文學(xué)家大衛(wèi)·詹姆斯和托尼·斯塔克是一個(gè)大型國際團(tuán)隊(duì)的成員，該團(tuán)隊(duì)使用來自早期宇宙星系的光子(“示蹤星系”)來更詳細(xì)地探測大尺度結(jié)構(gòu)。當(dāng)這些光子穿越宇宙到達(dá)地球時(shí)，光子路徑會(huì)受到大尺度結(jié)構(gòu)引力的影響，特別是引力透鏡效應(yīng)的影響。投射在天空中的年輕星系表觀位置及其統(tǒng)計(jì)分布對(duì)宇宙中物質(zhì)當(dāng)前和演化的幾何和結(jié)構(gòu)都很敏感。天文學(xué)家認(rèn)識(shí)到，雖然預(yù)測的質(zhì)量分布細(xì)節(jié)極其復(fù)雜。

但利用一些參數(shù)的比值可以消除一些不確定性，使天文學(xué)家能夠?qū)δ壳坝钪嫜莼Ｐ瞳@得重要的限制。該研究團(tuán)隊(duì)綜合了來自暗能量勘測(一項(xiàng)已經(jīng)繪制了數(shù)百萬個(gè)星系的光學(xué)勘測)、南極望遠(yuǎn)鏡(一種研究CMBR和早期星系的亞毫米波設(shè)施)和普朗克任務(wù)(一種遠(yuǎn)紅外和毫米勘測航天器)的觀測結(jié)果。這種方法一個(gè)特別有價(jià)值的優(yōu)點(diǎn)是，它不需要知道到示蹤星系的距離(距離需要它們能夠測量微弱的光譜紅移)?？茖W(xué)家們能夠以大約10%的精度獲得當(dāng)前宇宙學(xué)模型的一些詳細(xì)參數(shù)約束條件。

天文學(xué)家預(yù)測，隨著進(jìn)一步的研究，這些技術(shù)甚至能夠約束暗物質(zhì)的一些基本特征，比如它的狀態(tài)等分函數(shù)，以及迄今為止仍然難以捉摸的性質(zhì)。物質(zhì)密度場示蹤劑與引力透鏡效應(yīng)之間的關(guān)系對(duì)物質(zhì)功率譜的演化和宇宙時(shí)間膨脹率非常敏感。另一方面，適當(dāng)定義這些相關(guān)函數(shù)的比值只取決于到示蹤物和引力透鏡源平面的角徑距離。由于簡單的宇宙學(xué)依賴關(guān)系，這樣的比率可以利用現(xiàn)有信噪比到小的角尺度，即使在直接建模相關(guān)函數(shù)比較困難。

研究提出了一個(gè)測量透鏡率使用星系位置和透鏡數(shù)據(jù)從暗能量調(diào)查，CMB透鏡數(shù)據(jù)從南極望遠(yuǎn)鏡和普朗克，獲得了迄今為止最高精度的透鏡率測量。相對(duì)于和諧ΛCDM模型，發(fā)現(xiàn)的最佳擬合透鏡比振幅= 1.1±0.1。使用比值測量來產(chǎn)生宇宙學(xué)上的約束，重點(diǎn)是曲率參數(shù)。證明了光度選擇的星系可以用來測量透鏡率，并認(rèn)為未來利用LSST和第四階段CMB實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測量透鏡率可以用來放置有趣的宇宙學(xué)約束，即使考慮到光度紅移和星系相關(guān)的系統(tǒng)不確定性。

博科園｜研究/來自：哈佛史密森尼天體物理中心

參考期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz1309

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