加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。
——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構。
——中國科學院辦院方針
——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學院辦院方針
近日，中國科學院上海天文臺牽頭的國際合作團隊在英國皇家天文學會月報（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上發(fā)表了題為《CURLING II: Improvement of the H0 Inference from Pixelized Cluster Strong Lens Modeling》的最新研究成果。該工作首次系統(tǒng)展示了在星系團尺度下引入像素化強透鏡建模方法后，對宇宙膨脹率——哈勃常數(shù)（H0）推斷精度的顯著提升，為通過強引力透鏡超新星精確測定宇宙距離尺度提供了新的技術途徑。
精確測量H0的全新突破口
哈勃常數(shù)描述宇宙當前的膨脹速率，是現(xiàn)代宇宙學的核心參數(shù)之一。然而，來自早期宇宙（如微波背景輻射）與晚期宇宙（如Ia型超新星）的測量結果長期存在超過5σ的不一致，即著名的“H0 tension”。尋找獨立且高精度的測量途徑，已成為破解這一宇宙學難題的關鍵。
強引力透鏡超新星（圖 1）通過多重像間的時間延遲直接測定宇宙距離，從而獨立推斷H0。這一方法不依賴傳統(tǒng)的“宇宙距離階梯”，理論上可提供極高精度的宇宙學約束。然而，該方法目前的主要限制在于透鏡星系團質(zhì)量建模的不確定性。
圖1 強引力透鏡超新星示意圖：星系團MACS J0138.0-2155中的SN Encore
圖源：NASA,ESA,CSA,STScI,Justin Pierel (STScI),Andrew Newman (CIS)
“像素化建模”方法帶來數(shù)量級精度提升
研究團隊在CURLING項目第一階段（Xie等人2024）基礎上，進一步發(fā)展了像素化強透鏡建模框架，以模擬星系團MACS J0138.0-2155中類似“Requiem”超新星的多像系統(tǒng)為例，對比了傳統(tǒng)點源建模與像素化方法的H0推斷效果。
結果顯示：像素化建模將誤差壓縮至±0.8 km/s/Mpc，精度提升超過十倍。
這表明，在詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（James Webb Space Telescope,JWST）等高分辨率觀測數(shù)據(jù)支持下，充分利用透鏡效應產(chǎn)生的弧狀多像系統(tǒng)的表面亮度信息可顯著減少建模系統(tǒng)誤差，使得強透鏡超新星成為潛在的高精度宇宙學探針。
模擬驗證未來觀測潛力
研究結合未來巡天設施的觀測特性進行了模擬：在地面望遠鏡Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (LSST) 條件下，時間延遲測量誤差約為1.5%；在空間設備中國空間站巡天望遠鏡-多通道成像儀（Chinese Survey Space Station Telescope-Multi-Channel Imager,CSST-MCI）條件下，時間延遲測量精度進一步提高，像素化建模結合MCI觀測可將H0誤差壓至0.1 km/s/Mpc水平。
這一結果表明，透鏡建模的不確定性已成為H0測量的主要瓶頸。未來通過高分辨率成像與像素化透鏡建模相結合，有望實現(xiàn)百分之一量級的H0精度測量。
邁向“像素化星系團分析”的新時代
論文第一作者、中國科學院上海天文臺博士謝雨杉表示：“像素化建模讓我們得以充分利用強透鏡弧的全部信息，而不僅僅依賴其位置信息。這是強透鏡星系團研究邁向精確宇宙學的關鍵一步。”
通訊作者、上海天文臺研究員陜歡源補充道：“隨著JWST、Euclid與中國空間站巡天望遠鏡CSST的投入使用，我們正處在強引力透鏡研究的黃金時代。該成果展示了未來在強透鏡超新星樣本積累后實現(xiàn)精確宇宙學測量的巨大潛力。”
該工作得到了科技部重點研發(fā)專項，國家自然科學基金委，中國載人航天工程巡天空間望遠鏡專項科學研究等項目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/mnras/staf1740
科學聯(lián)系人：
謝雨杉 ysxie@shao.ac.cn
