我们宇宙中最早的已知光，被称为宇宙微波背景，是在大爆炸后大约38万年发出的。这种遗物光的图案化为大型结构(如星系和星系团)的发展和分布提供了许多重要线索。
由称为透镜现象引起的宇宙微波背景(CMB)的扭曲可以进一步照亮宇宙的结构，甚至可以告诉我们关于神秘的，看不见的宇宙的事物 - 包括暗能量，其占68%宇宙占据了它的加速膨胀，暗物质占宇宙的27%。
在表面上放置一个带柄的酒杯，您可以看到透镜效果如何同时放大，挤压和拉伸其下方表面的视图。在CMB的透镜中，来自星系和星系团等大物体的重力效应以不同的方式弯曲CMB光。这些透镜效应对于远星和小星系来说可能是微妙的(称为弱透镜)，计算机程序可以识别它们，因为它们破坏了常规的CMB图案。
然而，存在一些已知的透镜测量精度的问题，特别是对于CMB的温度测量和相关的透镜效应。
虽然透镜可以成为研究隐形宇宙的有力工具，甚至可能帮助我们理清幽灵亚原子粒子(如中微子)的特性，但宇宙本身就是一个混乱的地方。
就像长途驾驶时汽车挡风玻璃上的臭虫一样，在其他星系中旋转的气体和尘埃等因素可能会掩盖我们的视线并导致CMB镜头的错误读数。
有一些过滤工具可以帮助研究人员限制或掩盖其中的一些影响，但这些已知的障碍仍然是许多依赖基于温度测量的研究中的主要问题。
这种干扰基于温度的CMB研究的影响可导致错误的透镜测量，博士后研究员Emmanuel Schaan和能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)物理部博士后研究员Emmanuel Schaan说。
“你可能错了，不知道，”沙恩说。“现有的方法并不完美 - 它们确实是有限的。”
为了解决这个问题，Schaan与伯克利实验室物理部门的分区研究员Simone Ferraro合作，通过分别考虑不同类型的镜头效果，开发出一种提高CMB镜头测量清晰度和准确度的方法。
“Lensing可以放大或缩小事物。它也会沿着某个轴扭曲它们，使它们向一个方向伸展，”Schaan说。
研究人员发现，一种称为剪切的透镜特征，导致这种拉伸在一个方向上，似乎很大程度上不受前景“噪声”效应的影响，否则干扰CMB透镜数据。同时，称为放大率的透镜效应容易出现前景噪声引起的误差。他们的研究发表在5月8日的“ 物理评论快报 ” 杂志上，他指出，当仅仅关注剪切效应时，这个误差范围会“大幅减少”。
Ferraro指出，透镜的来源，即位于我们和CMB光之间的大型物体，通常是星系团和在温度图中具有大致球形轮廓的星团，最新研究发现各种形式的透镜来自这些“前景”物体的光只能模拟透镜中的放大效果而不是剪切效果。
“所以我们说，'让我们只依靠剪切，我们将免受前景影响，'”费拉罗说。“如果你有很多这些星系大多是球形的，并且你对它们进行平均，它们只会污染测量的放大部分。对于剪切，所有的误差基本上都消失了。”
他补充说，“它降低了噪音，使我们能够获得更好的地图。我们更确定这些地图是正确的”，即使测量涉及非常遥远的星系作为前景镜头物体。
该研究指出，新方法可能有益于一系列的天空测量实验，包括有伯克利实验室和加州大学伯克利分校参与者的POLARBEAR-2和Simons Array实验; 先进的阿塔卡马宇宙学望远镜(AdvACT)项目; 和南极望远镜 - 3G相机(SPT-3G)。它还可以帮助西蒙斯天文台和拟议的下一代多位置CMB实验，称为CMB-S4 - 伯克利实验室的科学家们参与了这两项工作的规划。
该方法还可以提高未来星系调查的科学收益，例如在亚利桑那州图森附近正在建设的伯克利实验室主导的暗能光谱仪(DESI)项目，以及智利正在建设的大型天气调查望远镜(LSST)项目，通过联合分析来自这些天空调查和CMB透镜数据的数据。
来自天体物理学实验的越来越大的数据集在比较实验数据时提供了更多协调，以提供更有意义的结果。“如今，CMB与银河调查之间的协同作用是一个大问题，”费拉罗说。
在这项研究中，研究人员依靠模拟的全天空CMB数据。他们利用伯克利实验室国家能源研究科学计算中心(NERSC)的资源，对四种不同前景噪声源中的每一种进行测试，其中包括可能污染CMB透镜测量的红外，射频，热和电子相互作用效应。
该研究指出，宇宙红外背景噪声和来自CMB光粒子(光子)与高能电子相互作用的噪声是使用CMB测量中的标准滤波工具解决的最有问题的来源。一些现有和未来的CMB实验试图通过精确测量CMB光特征的偏振或方向而不是其温度来减轻这些影响。
“如果没有像NERSC这样的计算集群，我们就无法完成这个项目，”Schaan说。NERSC也被证明可用于提供其他宇宙模拟，以帮助准备即将到来的实验，如DESI。
Schaan和Ferraro开发的方法已经在分析当前实验数据时实施。一种可能的应用是开发更加详细的暗物质细丝和节点的可视化，这些细节似乎通过复杂且不断变化的宇宙网络连接宇宙中的物质。