面向下一代巡天的弱引力透镜研究

The main goal of next-gerenation sky survey is to explore the nature of dark matter and dark energy. Weak-lensing will distort the intrinsic shape of the background galaxy, thus being useful to directly detect the mass distribution of the universe. As the shape distortion by weak-lensing is very weak and lower signal to noise ratio, a few key question have to be answered for its use of accurate determination of cosmological parameters.We propose to use numerical simulations, galaxy formation model, combined with the ray-tracing method to solve these problems. 1)Construct a mock galaxy catalogue for weak-lensing analysis. 2) study the correlation of galaxy alignment. 3) study the impact of large-scale structure and physics on small scales on the shear map. 4) develop the ray-tracing methods 5，develop the simulator of atmosphere and telescope system, producing the 'real' image to be observed by the Dome-A KDUST telescope. The main goal of this project is to produce a 'real' galaxy map for the KDUST telescope, which can be used to test the science abilities and software pipeline.

下一代星系巡天的主要科学目标是暗物质、暗能量。弱引力透镜效应改变背景星系的形状，直接反应了宇宙中的物质分布，是探测暗物质、暗能量的有效探针，是下一代巡天的主要手段。弱引力透镜信号弱，本底噪声高，系统偏差复杂，因此为测量暗物质分布和宇宙学参数，须解决一系列关键问题。本项目拟利用大尺度数值模拟、星系形成模型、光线跟踪和仿真模拟解决以下几个主要问题。1，构建能用于弱引力透镜分析的模拟星表。2，研究星系指向的相关信号。3，研究大尺度结构和小尺度物理对剪切场信号贡献。4，发展并完善光线在引力场中传播的跟踪技术。5，结合大气、望远镜性能，全程模拟南极KDUST的观测成像过程，产生模拟图像，用于KDUST科学目标预研究和软件测试。

暗物质、暗能量的本质是天体物理面临的主要科学问题。弱引力透镜巡天能够有效测量宇宙的物质密度分布及其演化，将对对暗能量、暗物质的本质得到很强的限制，因此是下一代巡天的主要科学目标。在弱引力透镜研究中，需要解决的关键科学问题包括星系的内秉指向带来的系统效应、光线的全光程模拟，透镜信号和星系图像的精确测量。本重点项目面向这些关键科学问题开展了如下研究。1，发展了全天区多球面光线追踪算法，在亚角秒尺度上精确计算模拟宇宙中的投影物质分布的功率谱；利用这套技术及半解析模型产生的星系样本，模拟了宇宙深处星系经过引力场之后的图像，得到了全天的、携带引力透镜信号的星系样本；完成了光线跟踪模拟、得到了大天区的宇宙密度剪切场和星系样本。2，通过理论和数值模拟，系统研究了星系内秉指向相关(Intrinsic Alignment)。星系的IA对于弱引力透镜的宇宙学应用具有重要意义，这些研究揭示了星系IA对星系颜色、质量和环境的依赖关系, 发展了描述星系IA随质量变化的模型。3，开展了星系的高精度流体数值模拟，研究了反馈过程对星系恒星形成效率和内部密度分布的影响。项目执行期间，共发表了SCI论文51篇，培养研究生9人，博士后3人，并开展了广泛的国际合作。研究工作得到了国内外同行的高度关注。