Новый метод извлекает больше информации из космических карт
Крупномасштабные космические карты показывают паутинную структуру галактик. Ученые используют такие инструменты, как Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), для создания таких карт и изучения темной энергии, темной материи и других космических тайн. Пока DESI находится в заголовках новостей, ученые разрабатывают приборы следующего поколения, чтобы найти больше ответов.
Исследователи из Мичиганского университета и их коллеги из Института астрофизики Макса Планка (MPA) использовали вычислительную структуру LEFTfield для улучшения того, как ученые анализируют крупномасштабную структуру космоса. Их новый метод извлекает больше информации из карт галактик, чем предыдущие методы.
Это исследование может помочь космологии раскрыть весь потенциал телескопов и других инструментов, изучающих важнейшие вопросы Вселенной.
«В ранней Вселенной структура была гауссовой, похожей на статику, которую вы могли видеть на старых телевизорах. Но из-за взаимодействия темной энергии и темной материи крупномасштабная структура Вселенной сегодня больше не является гауссовой. Она больше похожа на паутину», — говорит Минь Нгуен, автор работы.
Темная энергия стимулирует расширение Вселенной, но исследователи не могут наблюдать ее напрямую, отсюда и «темная» часть ее названия. Обычная материя Вселенной работает против этого расширения с ее притягивающей силой гравитации.
Большая часть массы и энергии Вселенной находится в темной материи и темной энергии. Изучение космических карт может помочь нам понять эти загадочные темные сущности и их роль в структуре Вселенной.
Используя LEFTfield, ученые в этом исследовании продемонстрировали, что они могут извлечь еще больше информации из существующих космических карт. Они не просто улучшили существующие стандартные методы, чтобы получить дополнительную информацию, а использовали совершенно другой подход.
Ключевое отличие LEFTfield от стандартных методов заключается в том, как он обрабатывает данные.
«При стандартном анализе вы не можете использовать данные как есть. Их нужно сжимать», — пояснил Минь Нгуен. «Это упрощает анализ, но также при этом теряется часть информации».
Стандартный анализ использует модели для группировки галактик в пары или тройки для эффективных статистических измерений. Это хорошо работает для более гауссовых особенностей, но Нгуен и его команда хотели лучше понять негауссову Вселенную, сохраняя информацию, которую сжимают стандартные методы.
Новый подход рассматривает космические карты как трехмерные сетки. Каждый куб (воксель) в сетке становится рабочим элементом данных, содержащим несжатую информацию о распределении и плотности галактик. Это сохраняет точность данных способом, недоступным для стандартных методов.
Для проверки производительности LEFTfield команда ученых рассчитала космологический параметр, называемый сигма-8, который измеряет амплитуду флуктуаций плотности во Вселенной. LEFTfield улучшил определение сигма-8 в 3,5–5,2 раза по сравнению со стандартными методами.
«Это похоже на переход от DESI к его преемнику, скачок, который обычно занимает от 10 до 20 лет» — объясняют ученые.
Однако, прежде чем сделать этот шаг, еще предстоит проделать большую работу. Интеграция LEFTfield с конкретными инструментами и понимание того, как фоновый шум и особенности инструментов влияют на данные, являются ключевыми задачами на будущее.
Минь Нгуен считает, что их подход окажется мощным инструментом. Он открывает быстрый путь к пониманию темной энергии, темной материи и общей теории относительности — теории, на которой все это основано.
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.