|
Поиск первичных черных дыр
|
|
|
|
С учетом недавнего достижения обсерваторией Веры Рубин первой световой вехи, это только вопрос времени, когда начнется одно из самых долгожданных астрономических исследований. Программа Legacy Survey of Space and Time (LSST) стартует 5 ноября и будет сканировать небо с миллиардами звезд в течение как минимум десяти лет.
|
|
|
|
Одна из самых важных вещей, которую он стремится найти, - это доказательства (или их отсутствие) существования первичных черных дыр (PBH), одного из основных кандидатов на темную материю. В новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv исследователями из Университета Дарема и Университета Нью-Мексико, рассматриваются трудности, с которыми столкнется LSST при поиске этих загадочных объектов, особенно статистические проблемы, и способы их преодоления.
|
|
|
|
PBH будет видна на LSST в результате микролинзирования. Когда она проходит перед звездой, ее гравитационное притяжение создает миниатюрную гравитационную линзу, в результате чего яркость звезды быстро увеличивается, что должно быть зафиксировано LSST. Однако существует множество других звездных явлений, от обычных переменных звезд до шума в системе визуализации телескопа, которые также могут вызвать такое же временное увеличение яркости звезды.
|
|
|
|
Различие между увеличением яркости в результате микролинзирования и другими потенциальными источниками имеет решающее значение для успешного поиска PBH. Если алгоритм считает, что слишком много причин, не связанных с PBH, вызваны PBH, то это значительно усложняет поиск реальных PBH.
|
|
|
|
|
|
|
В статистике это явление известно как частота ложных срабатываний (FPR) — когда система думает, что она что-то обнаружила, но на самом деле это было вызвано чем-то другим. FPR можно найти в науке, технике и, возможно, наиболее часто в медицине, поскольку они обычно используются в тестах на рак молочной железы или толстой кишки.
|
|
|
|
По словам исследователей, из-за огромного количества звезд, за которыми будет наблюдать LSST, и того, как часто он будет это делать, снижение FPR, насколько это возможно, будет иметь решающее значение для успешного обнаружения (или отсутствия такового) черных дыр. Команда выбрала вероятность ложного срабатывания один к десяти миллионам и протестировала серию фильтров на смоделированных данных LSST, чтобы определить, могут ли эти фильтры поддерживать этот показатель FPR.
|
|
|
|
Худшим, на что они обратили внимание, был фильтр ?2 (хи-квадрат). Этот распространенный статистический тест проверял, насколько хорошо определенная "кривая освещенности" соответствует известному событию микролинзирования, и сравнивал вероятность этого с вероятностью события без микролинзирования. Случайный шум в кривых блеска разрушил этот алгоритм отбора, и в итоге он показал худшие результаты из трех для смоделированных данных.
|
|
|
|
Лучшим методом было расширенное дерево решений (BDT), тип алгоритма машинного обучения, который научился различать кривые блеска с "постоянным" и "микролинзированием". Однако лучшим методом оказался байесовский информационный критерий (BIC), который аналогичен критерию хи-квадрат, но включает в себя штраф за сложность, что позволяет устранить случайный шум.
|
|
|
|
Однако авторы продвинулись в своем статистическом анализе еще на шаг вперед и смоделировали крайние точки распределения выходных кривых блеска BDT и BIC и попытались согласовать их со своими собственными статистическими распределениями. Используя эту уникальную методику, авторы смогли еще больше снизить частоту ложноположительных результатов до более управляемой.
|
|
|
|
В конечном счете, используя свои статистические методы, авторы полагают, что LSST может ограничить размеры PBH даже после всего лишь одного года сбора данных LSST. Полные десять лет увеличат это ограничение еще на порядок. С таким лучшим пониманием мы, возможно, сможем окончательно сказать, являются ли PBH жизнеспособными кандидатами на темную материю.
|
|
|
|
Однако в будущем предстоит проделать определенную работу, особенно в отношении работы с частотой самой съемки. Смоделированные данные, использованные в статье, не совсем точно отражают то, как аппарат Vera Rubin на самом деле будет наблюдать ночное небо, и эта частота может повлиять на интерпретацию его кривых блеска. Но самое замечательное в том, что новый телескоп, появляющийся в сети, может совершенствоваться в течение всего срока его эксплуатации. Поскольку до запуска LSST остается всего несколько месяцев, для астронома наступает захватывающее время.
|
|
|
|
Источник
|
