宇宙距离定标过程中相关问题的研究

Distance measurement for celestial objects plays an important role in observational cosmology. However, distances are usually determined from a global fit in the context of standard cosmological model, where the parameters accounting for distance estimation and model parameters are left free on the same weight. This treatment may lead to the standard model-bias and the dependence of distance estimation on cosmological models. In the era of precise cosmology, the influence of these problems cannot be neglected. In this program, we will first investigate distance calibration in the context of nonstandard dark energy models and then construct corresponding Hubble diagrams in these frameworks. And then, cosmological implications of these Hubble diagrams will also be studied. These analyses ensure that the obtained results are model-unbiased. Furthermore, with the help of the duality relation between the luminosity distance and angular diameter distance, we will study the direct calibration between different kinds of distance measurements without involving any assumption for the cosmology to get rid of the dependence of distance estimation on cosmological models. In summary, these analysis proposed in our program will help us draw more accurate and reasonable cosmological implications from observations.

天体的距离测量在观测宇宙学中占有非常重要的地位。然而，人们通常采用在标准宇宙学模型下将计算距离的待定参数和模型参数进行等权重的全局拟合的方式来实现距离定标。这种处理方法存在明显的对标准模型的偏向性和对宇宙学模型的依赖。在精确宇宙学时代，这些问题会产生重要的影响。本项目中，我们首先将研究包括非标准暗能量模型在内的不同宇宙学模型框架下距离定标的过程，得到各模型中观测数据所给出的距离红移关系，并进一步分析它们的宇宙学含义。这样可以避免定标得到的距离红移关系在应用于宇宙学研究时结果总是先验地接近标准宇宙学模型的情形，从而克服由处理方法导致的对标准模型的偏向性问题。其次，我们将借助于不同类型的宇宙距离所满足的基本对偶关系来探寻它们之间直接相互校准的可能性，从而克服距离定标过程对宇宙学模型的依赖。这些研究有助于我们更加合理和准确地从距离测量的观测数据中得到它们宇宙学含义方面的结果。

对宇宙学一些基本参数（如哈勃常数和空间曲率）的测量是观测宇宙学中最重要的任务之一。然而最新的观测结果表明，不同主流探针，即低红移的Ia型超新星和高红移的宇宙微波背景辐射测量，的观测所结果给出的基本参数空间在非常高的置信度上呈现不一致性。因此，任何对这些基本参数在不依赖于宇宙学模型框架下的直接测量，以及寻找与主流观测方法精度相当的新探针，都对我们理解上述不一致性提供非常大的帮助。在本项目的资助下，我们研究了借助于距离求和法则，利用Ia型超新星和强引力透镜系统的观测，直接对空间曲率进行测量，并详细分析了该方法中可能存在的系统误差。此外，我们还提出了利用Ia型超新的距离测量和不同红移处的宇宙哈勃膨胀率的测量来估计宇宙空间曲率。该宇宙学模型无关的方法得到的结果对于打破暗能量状态方程参数和空间曲率之间的强简并，进一步提高人们研究暗能量性质提供非常大的帮助。最后，我们提出了强引力透镜化的快速射电暴来作为新的精确宇宙学探针。研究结果显示，当我们观测到10个左右的强引力透镜化的快速射电暴，就可以将哈勃常数的测量误差限制到1%以下，这将非常有助于我们理解上述不一致性。

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