强引力透镜统计样本的制作及其在宇宙学中的应用

Strong lensing provide insights into some of the most compelling astrophysical questions of our time. However its power is at the moment limited by the completeness and the small size of known samples. For this reason, we are going to (i) investigate other efficient statistics for using strong lensing sample to measure cosmological parameters, such as redshift distribution of lenses and diameter distance ratios of strong lensing systems. (ii) compile larger strong lensing samples using updated survey database and different criterions. (iii) identify strong lensing events from KIDS survey and enlarge those samples. (iv) apply to cosmology, such as measure various parameters and test different cosmology scenarios. It is expected to achieve important progress in strong lensing statistics, sample preparation and cosmological applications.

强引力透镜提供了探索当今许多重要天体物理问题的手段和方法。 但是目前这一方法的精确度受制于样本的完备性和有限性。为此，我们拟开展下列研究：（i）探索其他更为有效的利用强引力透镜测量宇宙学参数的统计方法，如透镜体红移分布、强引力透镜系统的角直径距离比等；（ii）利用最新巡天数据和不同判据，制作更大的强引力透镜统计样本；（iii）从KIDS巡天数据证认强引力透镜事例并扩大上述样本；（iv）运用于测量宇宙学参数和检验宇宙学模型。项目的完成有望在强引力透镜统计方法、样本制作、宇宙学应用等几个方面取得重要进展。

作为爱因斯坦广义相对论预言之一，强引力透镜现象近年来已经成为天体物理研究领域的重要工具之一。本项目集中系统研究强引力透镜的理论和探测（收集整理大样本的强引力透镜数据库，并运用不同的统计学方法进行数据分析），取得了一系列成果。(1) 强引力透镜系统的样本库的建立：我们通过对SLACS、LSD等全球各大巡天中118个早型星系形成的强引力透镜事件进行分析，建立了一个目前最大的包含宇宙学信息的距离比样本，信息包括：源的红移，透镜体红移，像的最大角分离，透镜体类型，星系中心的速度弥散等，并对该样本在探索宇宙演化等方面进行了全面研究。(2) 强引力透镜样本库对早型星系物质分布的研究：我们分别考虑了两种物质密度函数来刻画星系总物质及重子物质的物质分布，并使用不同的判据得到的子样本对其进行考察，对于两种密度函数的统计结果表明：对于早型星系而言，总物质及重子物质的密度分布存在明显的差异；对于奇异等温球模型而言，其更能准确描述具备中等速度弥散值的早型星系的总物质分布。（3）强引力透镜样本对广义相对论的检验: 我们对后牛顿近似参数进行了直接拟合，结果表明该参数的最佳拟合值与广义相对论预言值符合的很好，从而直接支持了爱因斯坦广义相对论的实验预言。同时，LSST强引力透镜巡天的模拟数据表明：当强引力透镜样本达到10000的量级时，对于后牛顿近似参数的拟合结果的精确度可以达到10^{-4}，从而证明了强引力透镜样本在广义相对论的实验验证方面的广阔前景。（4）强引力透镜背景源星系的重构：我们对星系团引力透镜系统Abell 2667进行了多波段研究：将Abell 2667作为强引力透镜来得到背景星系的模拟数据，并且在多波段探究高红移处星系的性质。此外，本项目还对类星体致密射电源在天体物理中的应用、暗能量的动力学演化、宇宙曲率的直接测量等方面开展了系统性研究，并取得了一系列创新性成果。