利用下一代星系红移巡天确定宇宙学参数

It has been one of the most important issues to explore the mechanism of the accelerated expansion of the Universe in the research of modern cosmology. Nowadays there exists the degeneracy of the theoretical models for the inflation to explain the early cosmic acceleration and dark energy to drive the present cosmic acceleration. Up to now, it is still difficult to answer the nature of cosmic acceleration. With the rapid development of the technology for the probe, one of the key methods to solve the puzzles of nature is to determine the cosmological parameters at the high precision level, so that numerous models can be distinguished and the probe of the property of nature can be enriched. This project focuses on the determination of cosmological parameters and the calculation of the errors of observed quantities by the numerical simulation and statistical analysis using the galaxy redshift surveys. The research contents include: 1, We will improve the precision of tests of the interacting vacuum energy model using the combined observations. 2, The cosmic variance can be circumvented using the relative clustering between multi tracers of large scale structure from the next-generation galaxy redshift surveys. The method is used to measure power spectrum, redshift space distortion parameter and non-gaussianity parameter within the high precision. 3, The combined data sets from the photometric and spectroscopic galaxy surveys are used to constrain the cosmological parameters to distinguish dark energy and modified gravity at the high confidence level.

探索加速膨胀的机制成为现代宇宙学研究中最重要的问题之一。当前，不管是解释早期宇宙加速膨胀的暴胀机制还是解释当前宇宙加速膨胀的暗能量问题，都存在着理论模型的简并。对于机制的本质，我们还是难以回答的。结合快速发展的观测技术，解决本质疑难的关键途径之一是精确测定宇宙学参数，以区分不同的理论模型，从而丰富对本质属性的探索。本项目关注于利用星系红移巡天，通过数值模拟和统计分析的方法，就宇宙学参数确定以及宇宙学观测量的误差计算进行研究。具体内容包括：1，综合更新数据，提高对相互作用真空能模型的检验精度；2，利用来自下一代星系红移巡天探测的多类型的大尺度结构示踪物的相对大小测量功率谱，红移空间畸变参数和非高斯性参数，实现对这些量克服宇宙方差的测量；3，联合测光和光谱星系红移巡天限制宇宙学参数，实现在高置信度下区分暗能量和修改引力。

天文观测揭示当今宇宙正经历加速膨胀，探究加速膨胀机制是宇宙学研究的重要问题之一。基于大型星系红移巡天的观测是探究宇宙加速膨胀的重要手段之一。本项目是利用星系红移巡天观测，通过统计分析和数值拟合的方法，提取宇宙学探针，进而精确测定宇宙学参数。围绕这一研究课题具体开展了如下的研究内容：1）发展了基于红移巡天数据测量哈勃常数（今天的宇宙膨胀率）的新方法，指出不同红移处的重子声波振荡（BAO） 测量数据可以打破参数简并，并通过预研究指出利用未来巡天（DESI、Euclid-like），采用这种方法可以得到跟Planck对哈勃常数限制精度相比拟的结果。2）利用最新的天文观测数据，通过先进的统计方法，重建了暗能量状态方程从早期宇宙红移1100到今天的演化历史，该研究指出动力学暗能量可以缓和不同天文观测数据之间的不自洽，发现3.5σ置信度上暗能量状态方程随时间演化的证据。3）基于国际上的大型红移巡天——BOSS巡天五年的大样本数据和模拟星表，在实空间和傅氏空间开发新的数据处理方法和数值工具，在多个宇宙红移处测量重子声波振荡信号，获得了目前基于红移巡天最高红移分辨率的哈勃图。4）基于“拓展重子声波振荡巡天”（eBOSS）的目标样本参数，完成了一项 eBOSS 巡天的宇宙学预研究，系统、全面地研究了eBOSS 巡天对宇宙学参数的限制能力。指出eBOSS的亮红星系、发射线星系和类星体将在1.6%、3.5%、2.5%的精度上测量角直径距离，在2.5%、5.0%、3.3%的精度上测量哈勃参数，在2.5％、3.4％、2.8％的精度上测量结构增长参数（RSD 参数）。结合eBOSS 的 BAO 距离测量值和 RSD 参数，利用参数化方法，量化了 eBOSS 巡天对于暗能量状态方程的限制能力，指出eBOSS将有能力把暗能量状态方程的品质因数（FoM）提高3倍左右。5）结合了不同观测数据，通过贝叶斯方法，重建了暗能量和暗物质之间相互作用从早期宇宙红移1100到今天的演化历史。 在1.8σ的置信度下得到非零的相互作用强度。通过计算贝叶斯因子，结果指出当前观测数据无法区分相互作用暗能量模型和标准宇宙学常数模型。