研究方向与项目

由明亮的星系周和星系际热气体强烈标识的重要宇宙学结构就是星系团，它们是今天宇宙中最大、最重但是刚刚形成的结构。宇宙学涨落如何演化为星系及宇宙大尺度结构是理论和观测宇宙学的基本问题之一。人们已经观察到在红移2的地方（宇宙早期）已经能够发射热的弥散X射线的星系团，这表明这些星系团的形成阶段及其祖先（例如，原初星系团）应早于红移z = 2。红移z = 2–3是理解结构形成的良好实验室，主要体现在以下的四个方面： （1）确定星系团的质量和丰度对于理解宇宙结构形成与增长至关重要，可以从观测上，给宇宙学模拟提供非常强的限制。 （2）位于红移 2-3的原初星系团区域可以研究星系特性对环境的依赖（例如周围密度增强到底对恒星形成是促进还是熄灭）。 （3）一般认为，最大质量的星系存在于星系团中心。所以，原始星系团为我们研究宇宙早期最大质量的星系的演化提供了绝佳的场所。反过来，大质量星系的形成可以用来约束星系团的形成历史。 （4）原初星系团提供了独特的区域来探索星系与星系际介质的相互作用和联系。

在更早的宇宙时期，宇宙经历了再电离时代。在此期间，星系际氢原子气体从中性态转变为电离态。在宇宙几亿年到十几亿年间，第一代发光体的出现（“宇宙黎明”）驱动了宇宙再电离这一过程。宇宙再电离可以由宇宙微波背景辐射、莱曼阿尔法森林、莱曼阿尔法发射体等手段间接探测到，但最有前景的突破性发现将很有可能通过观测氢21厘米谱线而实现。在天文系，我们利用辐射转移程序进行宇宙学再电离模拟和半数值模拟，从而研究再电离如何进行和完成，以及它在可观测统计量上的“指纹”。我们也应用机器学习技术开发新方法进行21厘米观测数据的科学解释，这些方法将应用到未来大型射电干涉阵列实验比如平方公里阵列望远镜（SKA）的数据分析上。

在更大的尺度上，暗物质构成了宇宙大尺度结构的纤维状骨架，星系在骨架的结点上形成和演化，构成可观测宇宙的基石。研究表明星系的空间分布在很大的尺度范围可以示踪宇宙暗物质密度场，因此长期以来被作为重要的宇宙学探针之一。另一方面，大尺度环境对暗物质晕的形成历史和星系的形成与演化有重要的影响。得益于越来越大和越来越深的星系巡天观测，研究者通过直接三维成像观测、或采用两点相关函数和功率谱等统计工具对星系的大尺度分布做了详细的研究，发现在超过100Mpc的大尺度上星系的分布呈现丝状结构。该现象与宇宙学数值模拟揭示的由暗物质构成的宇宙大尺度结构很好地对应起来。在天文系，我们利用SDSS、DESI、PFS以及SKA等现有或将来的大规模巡天，致力于测量星系分布在极大尺度上的各向异性，并试图以此限制星系形成和大尺度结构形成的理论。

在暗物质宇宙学的研究方面，天文系还开展引力透镜的相关研究工作。引力透镜是天体物理及宇宙学领域的重要研究工具。引力透镜现象的产生是由于来自遥远背景天体的光线穿过前景“透镜”天体引力场时发生偏振和延迟，导致背景天体成像的扭曲和放大。不同暗物质宇宙学模型给出对暗物质结构丰度和结构的不同预言，因而导致不同的透镜统计信号。根据大样本的统计分析，我们从而能判断以及限制不同的暗物质宇宙学模型。此外，我们还探究和发展在当下和未来大型巡天中找寻更多的引力透镜系统的高效算法，以帮助我们实现不同的研究目标。

编辑：HN008