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CSST研究新进展:无缝光谱发射线红移测量分析助力宇宙大尺度结构研究

      近日,中国科学院国家天文台大视场巡天与星系物理团队在《皇家天文学会月刊》发表重要研究成果,系统开展了针对CSST无缝光谱的红移测量方法和测试分析,为未来宇宙大尺度结构分析奠定基础。

CSST全称中国空间站工程巡天望远镜。作为我国首个大型空间光学望远镜,CSST主镜直径2米,分辨率媲美哈勃望远镜,并将与我国空间站共轨运行。CSST计划开展为期10年、覆盖1.75万平方天区的多色成像和无缝光谱巡天。CSST无缝光谱数据将构建高精度三维宇宙地图,助力揭示暗能量性质及宇宙结构演化。

该研究开发了一种针对CSST无缝光谱的红移测量流程。该流程首先从一维无缝光谱中识别出可能的发射线,与理论上的静止发射线波长进行比对,从而确定它们的波长位置,计算初步的红移值。接下来对发射线进行精确的中心波长测定,进一步提高红移测量的精度。在进行红移测量的同时,记录了红移警告标志(ZWARNING),对红移测量过程中遇到的问题进行分类和记录。

科研人员发现,不同红移值可能对应光谱上相似光谱特征,由此造成的红移简并问题是导致红移误判的最大挑战(例如容易被混淆为Hβ)。为此,科研团队对各发射线之间的流量比进行了物理约束,将不满足约束条件的红移计入ZWARNING 标志系统;在进行红移输出时,优先输出匹配3条及以上发射线的光谱以降低简并风险,并输出了多个可能的红移值,为复杂测量情况提供冗余保障。

研究团队对该红移测量流程进行了一系列测试,确保测量方法有效。通过对约100万个模拟光谱数据的红移测量测试。发现在发射线星系中,红移测量的完备度超过95%,测量失败的光谱主要是因为红移无法测量或红移简并;而利用ZWARNING标志进行了红移质量限制之后,红移简并等问题占比明显下降,发射线星系的红移纯度最高可达99%以上。此外,还深入研究了星等、光谱信噪比、红移等因素对红移测量完备度和纯度的影响,为优化数据处理流程提供了重要依据。

该研究为无缝光谱红移测量提供了标准化流程,其性能将直接支撑CSST的宇宙学巡天任务。通过百万级模拟数据验证,该技术不仅满足当前国际暗能量研究需求,更通过创新性的质量控制策略,为未来空间望远镜光谱分析树立了技术标杆。随着 CSST 的发射,该成果有望推动人类对暗能量、宇宙大尺度结构及星系演化的认知更进一步。

图:不同样本选择下CSST测得到红移与真实红移的对比。

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