宇宙学与天体物理学旨在研究宇宙的起源、演化及其基本物理规律，是当代基础科学中最具前沿性和综合性的研究领域之一。该学科以整个宇宙为研究对象，连接微观的基本粒子与宏观的宇宙结构，试图回答“宇宙由什么组成”“宇宙如何演化”“自然界基本规律是否完备”等根本性科学问题。
本学科方向围绕暗能量与暗物质、引力波、多信使天文学以及早期宇宙等核心前沿展开研究。暗能量和暗物质构成了宇宙中绝大部分的成分，其性质直接决定了宇宙的膨胀历史和结构形成过程。通过理论研究、数值模拟与观测数据分析相结合，相关研究致力于揭示宇宙中“看不见部分”的物理本质。同时，引力波的发现为人类提供了一种全新的观测宇宙方式，使得研究黑洞、致密天体以及早期宇宙成为可能，并推动多种观测手段协同发展的多信使天文学快速兴起。
在更基础的层面上，学科研究将宇宙视为检验基本物理理论的“天然实验室”。通过研究原初黑洞、宇宙弦等可能产生于宇宙早期的特殊结构，以及早期宇宙中高能物理过程留下的观测信号，探索暗物质起源、物质与反物质不对称性以及中微观新物理的可能线索。这一研究方向将粒子物理与宇宙学紧密结合，把对极微小尺度的理论假设转化为可在宇宙尺度上检验的科学问题。
射电天文学是该学科的重要支撑方向之一。宇宙中最丰富的元素——中性氢，其射电辐射记录了宇宙从早期到现今的结构演化信息。通过射电巡天和精密数据分析，可以重建宇宙大尺度结构的三维分布，并为研究暗能量和宇宙演化提供新的观测手段。同时，快速射电暴等新型天文现象的发现，不仅拓展了对极端天体物理过程的认知，也为研究宇宙物质分布和宇宙学参数提供了独特工具。
总体而言，宇宙学与天体物理学科方向以重大科学问题为牵引，融合理论研究、数值计算与前沿观测技术，积极服务国家重大科技战略和国际大科学计划。该方向的发展不仅有助于深化人类对宇宙和自然规律的理解，也在高性能计算、数据分析和探测技术等方面持续推动交叉学科与科技创新。
在研项目简介
平方公里阵列射电望远镜（SKA）专项——中性氢巡天和宇宙学模拟
本项目属于SKA专项，由东北大学牵头，联合国家天文台、中山大学等单位共同开展。研究聚焦于为平方公里阵列射电望远镜（SKA）的中性氢巡天观测提供关键的模拟与理论支撑。项目旨在构建超大规模的中性氢与光学星系数值模拟样本，发展包含仪器效应与前景减除的完整观测仿真管线，生成接近真实的SKA模拟数据。在此基础上，系统研究如何利用SKA中性氢巡天，结合多波段观测，探索暗能量本质等重大宇宙学问题，并预测宇宙学参数的测量精度。本项目将为SKA时代的中性氢宇宙学研究提供世界领先的模拟样本、数据分析技术和科学预研，确保SKA取得重大科学发现。
21厘米宇宙学的理论与观测研究（自然科学基金重点项目）
本项目旨在将氢原子21厘米谱线观测发展为探索暗物质与暗能量的革命性工具。研究贯通宇宙再电离时代前后，通过21厘米森林、宇宙黎明时期探针及中性氢巡天数据，系统性地发展新理论方法与观测手段。项目不仅提出在早期宇宙限制暗物质性质的全新途径，更紧密结合重大观测设施，推动天籁计划二期建设，并利用FAST、MeerKAT的实测数据，力争首次探测中性氢功率谱与红移空间畸变效应，实现对暗能量的射电测量。研究成果将为迎接SKA时代、引领21厘米宇宙学前沿研究产生深远影响。
基于深度学习的引力波与射电宇宙学研究（自然科学基金面上项目）
传统宇宙学探针已经难以满足对宇宙更深层次理解的需求。本项目针对引力波、21厘米强度映射与21厘米森林、快速射电暴等新兴宇宙学探针面临的关键物理挑战，系统运用深度学习技术，着力解决引力波信号的噪声与重叠干扰、21厘米强度映射中的前景污染与系统效应、21厘米森林的参数推断、快速射电暴的分类与透镜化搜寻等问题，旨在将这些工具转化为高精度宇宙学探针，推动对暗能量、暗物质及宇宙演化的本质理解。
FAST中性氢宇宙学漂移扫描巡天数据分析关键技术研究（自然科学基金面上项目）
中性氢强度映射巡天是宇宙学大尺度结构探测的重要途径，也是未来SKA时代射电宇宙学巡天观测的主要方法。目前，中性氢强度映射巡天亟需突破的关键问题是如何应对观测系统效应，以精准消除明亮的前景干扰，恢复中性氢大尺度结构信号。本项目围绕中性氢强度映射巡天观测数据分析中的关键技术问题，针对FAST中性氢强度映射宇宙学巡天观测数据，开展以下研究：（1）深入分析、量化FAST望远镜系统效应，研究其对中性氢宇宙学巡天研究的影响；（2）基于深度学习算法，发展可以应对观测系统效应的前景减除方法，探索其在FAST中性氢宇宙学巡天中的应用；（3）发展多种宇宙学观测量，优化中性氢宇宙学测量方法。本项目研究是对FAST探测灵敏度及系统稳定度极限的深度发掘，对全面提升FAST宇宙学信号探测能力，实现中性氢宇宙学探测新突破有重要意义。
引力波暗汽笛宇宙学研究（自然科学基金面上项目）
本项目针对哈勃常数危机与暗能量本质等宇宙学难题，以引力波暗汽笛为关键探针。通过模拟引力波数据，系统研究引力波源与大尺度结构互相关、中子星潮汐演化等新型波源红移测量方法，突破传统方法瓶颈；结合LVK实测数据，首次实现引力波标准汽笛与强透镜、快速射电暴的协同分析，构建独立的哈勃常数测量新途径。引入深度学习技术，发展基于归一化流的高效参数推断方法，并通过对抗训练降低物理建模偏差。
