Миллионы взрывающихся звёзд вскоре могут раскрыть секреты тёмной энергии
Исследователи из Института космических наук Университета Барселоны разработали новую методику, которая может значительно улучшить методы изучения расширения Вселенной и исследования таинственной силы, известной как темная энергия.
В статье в журнале Nature Astronomy представлена методика CIGaRS, позволяющая извлекать гораздо больше информации из сверхновых типа Ia — мощных звездных взрывов, используемых для измерения огромных космических расстояний. В отличие от многих современных подходов, этот метод в основном основан на данных изображений, а не на дорогостоящих спектроскопических наблюдениях. Ожидается, что это достижение поможет астрономам в полной мере использовать огромные массивы данных, которые вскоре поступят от обзоров неба следующего поколения, особенно тех, которые проводятся обсерваторией Веры К. Рубин.
Сверхновые типа Ia возникают при взрывах белых карликов. Поскольку эти взрывы достигают почти одинаковой собственной яркости, астрономы используют их в качестве «стандартных свечей»: сравнивая их фактическую яркость с тем, насколько яркими они кажутся с Земли, исследователи могут рассчитать расстояние до них. Эти измерения сыграли решающую роль в открытии того, что Вселенная расширяется с ускорением. Ученые связывают это ускорение с темной энергией, одним из наиболее важных нерешенных вопросов современной физики.
За последние 20 лет астрономы обнаружили, что наблюдаемая яркость сверхновой зависит от галактики, в которой она происходит. Сверхновые, обнаруженные в более старых или более массивных галактиках, могут выглядеть несколько иначе, чем сверхновые в более молодых или менее массивных галактиках. Исследователи обычно учитывали эти различия, используя относительно простые методы коррекции. Хотя эти приближения полезны, они могут ограничивать точность измерений расстояний и, в свою очередь, точность космологических исследований.
Новая модель решает эту проблему, моделируя множество факторов одновременно. Вместо того чтобы рассматривать каждый компонент по отдельности, исследователи создали единую интегрированную модель, которая включает в себя сами взрывы сверхновых, галактики-хозяева, пыль, изменяющую их свет, изменения частоты сверхновых на протяжении космической истории и даже расширение Вселенной.
Объединив все эти компоненты в рамках единой статистической и физической модели, команда смогла выявить взаимосвязи, которые часто упускаются из виду при анализе отдельных элементов.
Создание такой всеобъемлющей модели обычно требует огромных вычислительных мощностей. Чтобы сделать этот подход практичным, исследователи обратились к современной методике, называемой выводом на основе моделирования. Процесс начинается с того, что ученые создают большое количество смоделированных вселенных на основе физических моделей. Затем нейронная сеть (тип искусственного интеллекта) обучается тому, как смоделированные наблюдения соотносятся с физическими свойствами, которые их породили. После обучения система может сравнивать реальные астрономические наблюдения со своими симуляциями и определять наиболее вероятные лежащие в их основе параметры. Эта стратегия позволяет одновременно анализировать десятки тысяч сверхновых, задача, которая была бы непрактичной при использовании традиционных методов.
Одним из наиболее значимых результатов исследования является то, что разработанная методика может определять расстояния до галактик (красное смещение) с высокой точностью, используя только данные изображений.
Иллюстрация: ScienceDaily