基于强透镜与 JWST 恒星运动学的时延宇宙学预测

我们提出了一个面向未来时延宇宙学目的的联合强透镜与恒星动力学框架。基于像素化源重建与轴对称 Jeans 方程，当下一代望远镜的高信噪比积分视场单元（IFU）观测可用时，我们能够将宇宙学距离乃至当前宇宙膨胀率（$H_0$）约束到每个透镜百分之几的水平。为说明该方法的能力，我们依据詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的规格，对著名透镜系统 RXJ1131-1231 的 IFU 恒星运动学数据进行了模拟。我们的分析表明，若未来 IFU 恒星运动学被纳入拟合，且候选模型参数化集合包含真实透镜势，则时延距离（$D_{\Delta t}$）至多可被约束在 3.1% 的不确定性内。在平坦 $\Lambda$CDM 宇宙学中，这些约束将转化为来自单一透镜 RXJ1131-1231 的 $H_0$ 的 3.2% 精度测量，并且若对另外两个透镜系统也能达到类似的精度提升，则有望产生不确定性 < 2.0% 的 $H_0$ 测量。此外，到 RXJ1131-1231 的角直径距离（$D_\mathrm{d}$）可被约束在 2.4% 精度内，从而从单一透镜系统提供两次距离测量，这对于进一步约束物质密度（$\Omega_\mathrm{m}$）极为有力。然而，$D_\mathrm{d}$ 的测量精度对恒星运动学测量中的任何系统误差都高度敏感。对于两项距离测量，我们强烈建议未来探究一组具有物理动机的大型透镜势，以最小化与透镜质量参数化相关的系统误差。