|
Понимание расширения Вселенной и темной энергии
|
|
|
|
Международная команда, возглавляемая исследователями из Института космических наук Барселонского университета (ICCUB), разработала новый метод, который может значительно улучшить наше понимание расширения Вселенной и природы темной энергии.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, представляет собой мощную систему под названием CIGaRS, которая позволяет ученым извлекать больше информации о взрывающихся звездах, известных как сверхновые типа Ia, в первую очередь с помощью визуализации, а не дорогостоящих спектроскопических наблюдений. Полученные результаты позволяют максимально эффективно использовать огромный объем данных, который ожидается от следующего поколения астрономических наблюдений, особенно от обсерватории Веры Рубин.
|
|
|
|
Почему сверхновые важны для понимания Вселенной
|
|
|
|
Сверхновые типа Ia - это взрывные вспышки белых карликов. Поскольку они имеют тенденцию взрываться с почти одинаковой внутренней яркостью, астрономы используют их в качестве "стандартных свечей": сравнивая их известную истинную яркость с видимой с Земли, ученые могут измерять космические расстояния.
|
|
|
|
Этот метод стал ключом к открытию ускоряющегося расширения Вселенной - феномена, который связывают с темной энергией и который является одной из самых больших загадок современной физики. Однако есть одна загвоздка: не все сверхновые типа Ia абсолютно одинаковы.
|
|
|
|
|
|
|
Проблема в том, что на сверхновые влияет их окружение
|
|
|
|
За последние два десятилетия астрономы обнаружили, что яркость этих сверхновых немного зависит от того, в каких галактиках они взрываются. Например, сверхновые в самых массивных или старейших галактиках, как правило, выглядят немного иначе, чем в более мелких или молодых галактиках.
|
|
|
|
На сегодняшний день эти эффекты были исправлены с помощью простых приблизительных корректировок, которые могут ограничить точность измерения расстояний до этих сверхновых.
|
|
|
|
Единое решение: комплексные модели
|
|
|
|
Новое исследование решает эту проблему, моделируя все сразу: взрывы сверхновых, галактики, в которых они происходят, пыль, которая затемняет и краснит их свет, частоту, с которой сверхновые появляются в течение космического времени, и даже расширение самой Вселенной.
|
|
|
|
Вместо того чтобы анализировать каждую деталь по отдельности, команда создала единую самосогласованную модель, которая связывает все эти элементы физически и статистически.
|
|
|
|
"Эффективным способом моделирования Вселенной является ее первоначальное моделирование на компьютере с использованием байесовского вывода", - говорит Рауль Хименес (ICREA-ICCUB), соавтор исследования. "Это дает возможность изменять все возможные параметры одновременно, чтобы предсказать, в какой вселенной мы живем. Кроме того, обладая такой способностью, можно изучить возможную систематику "неизвестных неизвестных", чтобы понять их влияние. Влияние этой систематики на наши выводы, возможно, является наиболее важным недостающим компонентом в современных подходах к моделированию Вселенной".
|
|
|
|
Искусственный интеллект и космология
|
|
|
|
Чтобы сделать этот амбициозный подход выполнимым с точки зрения вычислений, команда использовала современный набор методов, известных как логический вывод на основе моделирования.
|
|
|
|
Проще говоря, метод работает следующим образом: сначала ученые моделируют множество возможных вселенных, используя физические модели; затем нейронная сеть (разновидность искусственного интеллекта) изучает, как смоделированные данные соотносятся с лежащими в их основе физическими параметрами, и, наконец, обученная система может выводить эти параметры непосредственно из реальных наблюдений.
|
|
|
|
Это позволяет анализировать десятки тысяч сверхновых одновременно, что было бы невозможно при использовании традиционных методов.
|
|
|
|
Одним из наиболее важных результатов является то, что этот метод позволяет очень точно оценивать расстояния до галактик (красные смещения), используя только изображения.
|
|
|
|
Красное смещение измеряет, насколько сильно растягивается излучение галактики по мере расширения Вселенной. Оно показывает, как далеко и как давно мы ее видели.
|
|
|
|
Новый подход позволяет достичь точности, сравнимой со спектроскопическими измерениями, но без использования спектров. Это очень важно, поскольку в ходе будущих исследований неба будут обнаружены миллионы кандидатов в сверхновые, но только малая часть из них может быть реально изучена с помощью спектроскопии.
|
|
|
|
Подготовка к эпохе обсерватории Рубина
|
|
|
|
Обсерватория имени Веры К. Рубин, которая в настоящее время строится в Чили, вскоре начнет 10-летнее исследование неба. Она позволит обнаружить беспрецедентное количество сверхновых, примерно 99% из которых можно будет наблюдать только фотометрически, то есть с помощью изображений в разных цветах.
|
|
|
|
Фреймворк CIGaRS специально разработан для такого сценария.
|
|
|
|
"В отличие от других платформ, которые требуют аналитических упрощений, наш бескомпромиссный подход, основанный на комплексном моделировании, позволяет извлекать полную космологическую и астрофизическую информацию из с трудом собранных данных обсерватории Рубина, избегая при этом ошибок отбора и погрешностей моделирования". говорит Константин Карчев (ICCUB-SISSA Trieste), ведущий автор исследования.
|
|
|
|
За пределами космологии: Выясняем, как взрываются звезды
|
|
|
|
Помимо улучшения результатов измерений темной энергии, исследование также проливает свет на то, как и когда образуются сверхновые типа Ia. Реконструируя зависимость частоты возникновения сверхновых от возраста звезд в галактиках, модель помогает ответить на давние вопросы об их системах-прародителях.
|
|
|
|
Результаты показывают, что сочетание физического моделирования с искусственным интеллектом может преодолеть ключевые ограничения в современном космологическом анализе. По мнению авторов, этот подход может улучшить космологические ограничения в четыре раза по сравнению с традиционными методами, которые полагаются исключительно на небольшое подмножество спектроскопически наблюдаемых сверхновых.
|
|
|
|
Поскольку в ближайшие годы обсерватория Рубина преобразит астрономию, такие методы, как CIGaRS, гарантируют, что она будет готова к полному пониманию данных и вселенной, которую они открывают.
|
|
|
|
Источник
|
