近日，长江大学物电学院理论与计算物理团队刘统华副教授与武汉大学廖恺教授、北京师范大学田树旬博后、波兰国家核物理研究中心Marek Biesiada教授合作，在利用强引力透镜的观测在星系尺度上检验广义相对论的研究取得了新进展。相关成果系列分别于2024年1月11日以题为“Determining cosmological-model-independent H0 and post-Newtonian parameter with time-delay lenses and supernovae”的论文发表在牛津大学出版社出版的《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》期刊上，以及2024年4月29日以题为“Robust test of general relativity at the galactic scales by combining strong lensing systems and gravitational wave standard sirens”的论文发表在美国物理学会出版社出版的《Physical Review D》上，长江大学为第一单位，刘统华副教授为第一作者，武汉大学廖恺教授为通讯作者。
引力透镜是广义相对论所预言的一种现象，其形成的原因为：时空在引力场中会发生偏折，而光线沿弯曲空间的测地线传播，类比于几何光学的透镜现象。近年来，随着观测技术的改进和观测精度的提升，各大巡天实验所观测到的强引力透镜样本数量在不断积累。强引力透镜数据已经被广泛地应用在了宇宙学各方面的研究中。由于强引力透镜的成像与透镜星系周围的时空曲率密切相关，因此可以利用广义相对论理论计算强引力透镜的成像，通过对比实际观测到的像的分布等信息，即可检验广义相对论。
在第一个工作使用了最新的由4个强引力透镜的时间延迟和星系动力学的观测数据，结合Ia型超新星Pantheon数据集，利用高斯过程回归重建无锚定距离，实现与宇宙模型无关的广义相对论的检验，而没有假设一个特定的宇宙学模型，这可以减少同时检验广义相对论和测量哈勃常数时可能存在的偏差，该工作成功地在星系尺度上对后牛顿参数进行了限制，与广义相对论预言的在1个标准差范围内符合得很好。这表明在星系尺度上广义相对论仍然是有效的。
在后续的工作，未来随着新一代的光学巡天项目的建设与开展，以更高精度测量的强引力透镜样本数量将会大大增加。比如，目前我国正在筹划和建设的第四代巡天项目，中国空间站多功能光学巡天(CSST)，计划于2024年发射，10年的巡天面积约17500平方度。其高分辨率、多波段测光和无缝光谱巡天将为宇宙学的研究提供高质量、丰富的数据。毫无疑问，如此高质量的观测数据对于我们在星系尺度上检验广义相对论等重要科学问题都将发挥极为重要的作用。
上述工作得到了国家自然科学基金青年项目、优青项目、湖北省科技厅外国专家等项目的支持。
论文链接1：https://academic.oup.com/mnras/article/528/2/1354/7517096?login=true
论文链接2：https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.109.084074
