新方法為點源稀疏的觀測視場帶來好消息

近日，中國科學院紫金山天文臺（以下簡稱紫金山天文臺）的研究人員提出了一種利用多次曝光的星系圖像來限制點擴散函數（PSF）的新方法，相關研究成果在線發表于《皇家天文學會月報》。

記者從紫金山天文臺獲悉，弱引力透鏡效應是遙遠天體（背景星系）發出的光線在傳播路徑中受到引力質量偏折后，使觀測到的背景星系圖像發生微弱形變（通常約為1%）的一種天文現象。這種形變在直觀視覺上不易被發現，但在統計上對比隨機樣本就可以找到該信號，通過對這種信號的計算可以幫研究人員測量引力透鏡的質量，甚至宇宙的密度分布。

因此，弱引力透鏡被視為十分有效的宇宙學研究探針之一，也是當今眾多大型巡天項目的主要科學目標之一。

研究人員在開展實際觀測中發現，觀測到的星系圖像還會受到其他各種因素的影響，其中PSF是影響弱透鏡信號測量精度的最大干擾因素之一。由于弱引力透鏡信號是比較微弱的一種信號，多數隱藏在噪音之下，對PSF的測量精度直接影響了弱引力透鏡信號精確測量。

提高PSF測量精度成了弱引力透鏡研究人員一直以來孜孜不倦追求的目標。紫金山天文臺博士研究生聶麟和研究員李國亮等人提出了一種新的PSF測量方法：光滑基函數主成分分析法（SPCA/iSPCA）。

該方法通過對傳統的PSF測量方法——期望最大化主成分分析（EMPCA）方法進行改進，引入一組光滑的基函數去擬合各階主成分，再線性組合，從而獲得了對PSF的光滑的主成分構建，解決了在傳統PCA（主成分分析）或EMPCA方法中對背景噪聲的過擬合問題。改進后的iSPCA方法避免了在傳統PCA 方法中對恒星圖像做中心對齊，避免了插值算法可能引入的潛在問題。該方法實現了比傳統方法更高精度對PSF的測量，進一步改善了研究人員對弱引力透鏡信號的提取。相關研究成果此前已在線發表于《皇家天文學會月報》。

近期，聶麟和國亮等人提出的PSF的新方法，也是延續了之前的研究。PSF一般都是由測量點源（比如恒星）來獲得，而新方法能利用多次曝光的展源圖像（比如星系圖像）來進一步限制PSF。這對于點源比較稀疏的觀測視場來說是一個好消息。另外該方法有望為傳統PSF的插值方法提供額外的補充，為PSF插值提供更好的限制。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1093/mnras/stab733