弱引力透鏡是暗物質(zhì)宇宙演化的唯一無偏探針，在限制宇宙學、大尺度結(jié)構(gòu)演化、暗能量模型等方面具有其他觀測手段無法替代的優(yōu)勢。弱引力透鏡描述了光線因相對論效應在弱引力場中產(chǎn)生偏折，而對應光源即會在觀測者眼中發(fā)生形變而偏離原本形狀。通過對這一形變效應的觀測，即可推測出光源和觀測者之間的引力場分布或物質(zhì)分布，從而更深入地理解宇宙成分性質(zhì)和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律（圖1）。天文學家認為，使用星系形狀因弱引力透鏡的形變（剪切場，shear）和CMB光子因弱引力透鏡的形變（匯聚場，convergence）的交叉關(guān)聯(lián)，可以有效避免一些系統(tǒng)誤差的影響，更好地提取出宇宙學信息。

這一交叉關(guān)聯(lián)自2015年首次被觀測到以來，已被多項研究工作使用不同數(shù)據(jù)得以驗證。然而，這一信號的處理仍存在一些簡單的假設(shè)，而這些假設(shè)在未來的觀測中可能會被打破。上海天文臺博士姚驥提出，星系內(nèi)秉指向性IA即星系在被弱引力透鏡扭曲之前的形狀，對這一交叉關(guān)聯(lián)信號的影響一般均基于一些假設(shè)，而這些假設(shè)的正確性值得更深入探討。本研究總結(jié)了過去八年對這一信號所有的處理方法（圖2），其中忽略IA的處理方法以橙色線段標注，考慮了IA的影響但對IA的模型和參數(shù)進行了很強的假設(shè)的工作以綠色線段標注。為了彌補這方面探索的缺失，研究利用星系內(nèi)秉指向性和弱引力透鏡信號在光路上是否具有對稱性這一特征，使用自修正的方法分離并扣除KiDS數(shù)據(jù)中星系內(nèi)秉指向性（IA）的影響，并驗證了IA導致的這一系統(tǒng)誤差在如今的數(shù)據(jù)中已擁有一定的影響，約合0.5σ，超出無偏宇宙學0.31σ的要求。而這一影響在即將到來的第四代弱引力透鏡巡天中將會隨著統(tǒng)計誤差的縮小而極速放大。本研究所使用的全新的IA自修正方法是在弱引力透鏡宇宙學的首次應用。這一新方法為宇宙學研究提供了除模型擬合、模擬數(shù)據(jù)驗證等傳統(tǒng)的手段之外，直接從測光巡天數(shù)據(jù)中提取IA并消除其宇宙學影響的方法，也是目前唯一基于對稱性的IA修正手段。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等的支持。

圖1.弱引力透鏡示意圖。左上角的星系發(fā)出的光線如果沿藍色直線傳播到望遠鏡處被我們觀察到，則呈現(xiàn)出左下藍色框中的圖景。而實際上光線的傳播會被途經(jīng)的物質(zhì)的（中上部）引力場所扭曲，以黃色光路傳播。對應地，觀測到的星系形狀也會呈現(xiàn)相應的扭曲，如右下黃色框中所示。從藍色框到黃色框中星系圖像發(fā)生的形變，可以用來研究光路經(jīng)過的物質(zhì)分布。

圖2.使用IA自修正方法與之前結(jié)果獲得的引力透鏡幅度的對比（幅度為1表示和Planck宇宙學吻合）。本研究的三個主要結(jié)果：使用IA自修正方法扣除IA、完全忽略IA的存在、不使用IA自修正也不對IA進行強的假設(shè)，在圖中以藍色呈現(xiàn)。本研究中和IA的物理本質(zhì)無關(guān)的一些對數(shù)據(jù)、模型、處理方式的選擇所造成的差異，以紅色呈現(xiàn)。對之前工作的總結(jié)以橙色（忽略IA）和綠色（對IA有強假設(shè)）呈現(xiàn)，其中橙色做法對應藍色“ignore IA”，未能扣除IA的污染，綠色做法如果不對IA進行強假設(shè)，則誤差棒會像藍色“IA w/o SC”的情況一樣顯著增大。