為宇宙星系做“人口普查” 我國科研人員給出新演算法

近日，記者從湖南師範大學獲悉，該校袁尊理教授團隊日前和澳大利亞莫納什大學數學研究人員合作，提出了一種天文學研究領域的全新非參數光度函數計算方法。相較經典非參數方法，新方法在計算精度和穩定性上都獲得了顯著提升。這一結果日前發表在美國天文學會會刊《天體物理學雜誌》系列增刊上。

在現代天文學研究中，統計星系的光度函數是一項基礎和重要的工作，這一工作也被形象地喻為給宇宙中的星系做“人口普查”。據悉，星系的發光能力（即光度或絕對星等）是“普查”重點，光度函數即描述不同光度星系在宇宙中分佈情況的統計量。

袁尊理介紹，在實際操作中，除要盡可能獲得完備的星系樣本，科研人員還需採用精密的統計方法，充分考慮各種複雜的選擇效應，最終才能獲得可靠的光度函數。通常，計算光度函數分為參數和非參數兩種方法。參數方法需要假設光度函數形式，而非參數方法不依賴於模型和假設，故具有獨特價值。然而，目前最流行的非參數方法因其數學原理上的局限，難以滿足“精確宇宙學時代”對計算光度函數的高要求。

對此，袁尊理團隊基於統計學中的核密度估計（KDE）原理，提出了一種全新的、普適的計算光度函數的非參數方法，顯著提高了非參數方法統計的精度和穩定性。同時，為便於新方法的應用，他們還開發了“kdeLF”開源Python套裝程式，用戶只需提供樣本中的幾個關鍵參數，就可以調用“kdeLF”開源Python套裝程式完成光度函數的計算、畫圖等操作，簡單易用。袁尊理稱，下一步，團隊擬將新方法應用於由英國牛津大學領銜的巡天觀測獲得的高品質射電數據，精確計算射電源光度函數，進一步揭示射電星系的宇宙學演化規律。