通过星系-莱曼alpha发射体强引力透镜“照亮”暗子结构

I propose to use a specifically selected sample of 21 galaxy-Lyman-alpha emitter strong gravitational lens systems to illuminate dark substructures in massive elliptical galaxies. The sample is selected spectroscopically from 1.4 million galaxy targets in the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), and follow-up high-resolution Hubble Space Telescope imaging observations are underway. Each system comprises a massive elliptical galaxies at redshift ~0.5 lensing an Lyman-alpha emitter at redshift 2-3. Benefited from the small intrinsic size of high-redshift Lyman-alpha emitters, we have the potential for the first time to probe low-mass dark substructures. This sample is the first strong gravitational lens sample designed for low-mass dark substructure detections. The HST follow-up imaging observations will be the best datasets in the next few years. The detections of dark substructures can thereby be used as an important test of the standard lambda cold dark matter cosmological model.

我计划通过研究一个特别选取的星系－莱曼alpha发射体强引力透镜样本来“照亮”大质量椭圆星系中的暗子结构。这一样本是我通过光谱筛选技术，从重子振荡光谱巡天近140万个星系光谱中挑选出来的。我所参与的哈勃太空望远镜对这一样本的高分辨率图像观测也于2015年11月正式开始。样本中的每个系统都由一个红移在0.5左右的大质量椭圆星系做为透镜，红移在2到3之间的莱曼alpha发射体做为背景源。得益于高红移莱曼alpha发射体较小的本征尺度，我们将会首次拥有探测小质量的暗子结构的能力。这是目前国际上唯一一个专门针对探测小质量暗子结构所构建的强引力透镜样本，而与之相伴的哈勃太空望远镜的观测数据也将会是未来几年内所能获得的最高品质的数据。探测到的暗子结构的性质进而可以做为对当今公认的标准宇宙学模型－－Lambda cold dark matter模型的一个重要检验。

现有的标准宇宙学模型在解释大尺度上的诸多观测事实取得了极大的成功。然而在星系尺度，我们对结构的形成和演化仍然缺乏一个完整的认识。近年来，不同方法测量到的哈勃常数出现了显著的不一致，这给现有标准宇宙学模型的基石带来了挑战。本项目旨在借助强引力透镜现象来更深入地研究上述课题。本项目涵盖的研究内容包括强引力透镜系统的搜寻，强引力透镜的模拟，高红移莱曼alpha发射体的结构分析，椭圆星系总质量分布及其演化规律，以及被透镜超新星的预研。本项目取得的重要成果及其科学意义包括1）发现了17个星系-莱曼alpha发射体强引力透镜系统，为中国天文学家首次利用哈勃太空望远镜发现星系尺度强引力透镜系统；2）对17个星系-莱曼alpha发射体强引力透镜系统做了模型拟合，很好地将红移2-3的莱曼alpha发射体解析出多个尺寸在几十到几千个秒差距的恒星形成区块，对我们更好的认识星系增长提供了重要的观测依据；3）测量了63个大质量椭圆星系的质量分布及其随半径和红移的演化规律，并通过与数值模拟星系比较，对控制星系演化的一系列物理机制做了检验和限制；4）计算了128个强引力透镜系统中发生被透镜超新星的概率，为利用被透镜超新星进行哈勃常数测量奠定了基础。