Учёные обнаружили метод получения скрытых данных о «тёмной Вселенной» с помощью трёхмерных карт галактик

Астрономы из Токийского университета совместно с Институтом астрофизики Макса Планка разработали инновационную методику изучения трёхмерных карт галактик, стремясь выявить скрытые сведения о тёмной материи и тёмной энергии. Этот метод, названный «полевым выводом» (field-level inference, FLI), использует передовые компьютерные алгоритмы для сопоставления относительных координат галактик на трёхмерной карте Вселенной с детализированными симуляциями, демонстрирующими развитие галактических структур и гало тёмной материи.

Традиционно астрономы проводили галактические обзоры, создавая снимки дальнего космоса на фотопластинках с последующим измерением их двумерного распределения. Они задавались вопросами: «Насколько близки находятся эти галактики к своим соседям?» и «Насколько хорошо они сориентированы относительно друг друга?» В наше время к этим обзорам добавилось трёхмерное измерение благодаря многообъектной спектроскопии, позволяющей измерять красное смещение галактик и, следовательно, их расстояние в расширяющейся Вселенной в наблюдаемой области пространства. Используя такие измерения, исследователи смогли создать трёхмерную карту Вселенной. Однако они заподозрили, что в этом преобразовании теряется значимая информация.

Метод FLI осуществляет анализ непосредственно на трёхмерной карте галактик, представленной в компьютере через воксели – трёхмерные пиксели в решётчатой структуре.

Группа исследователей во главе с астрономом Минь Нгуеном использовала FLI в сочетании с рядом алгоритмов в рамках системы LEFTfield, имитирующей развитие и скопление галактик с ранних фаз Вселенной до наших дней. Результаты демонстрируют повышение детализации и точности анализа в 3-5 раз по сравнению с традиционными двух- и трёхточечными корреляционными функциями.

Эта дополнительная информация способна помочь учёным проверить стандартную модель космологии и выявить возможные отступления от неё, что может изменить восприятие «тёмной Вселенной». FLI способен обнаружить асимметрии в квантовых флуктуациях Большого взрыва, ведшие к образованию галактик, или аномалии в гравитационной динамике галактик, что может предоставить новые данные о тёмной материи или самой гравитации.

«Имея доступ к изначальному полю тёмной материи, связанному с наблюдаемой картиной галактик, мы можем повысить чувствительность к локальным эффектам», – пояснил Нгуен. Подобные локальные эффекты теряются при анализе через n-точечные функции.

Следующей задачей станет применение FLI на реальных данных, полученных от инструментов, таких как Спектроскопический инструмент тёмной энергии в Национальной обсерватории Китт-Пик, Спектрограф телескопа «Субару» и миссия Европейского космического агентства «Евклид». В будущем метод планируется задействовать с данными от Обсерватории имени Веры Рубин и Космического телескопа «Нэнси Грейс Роман».

Фабиан Шмидт, один из соавторов исследования, отметил: «Эта методика весьма утончённа, учитывая, что мы неспособны наблюдать тёмную материю непосредственно. Она дополняет карты тёмной материи, построенные на основе гравитационного линзирования».

Передовая методика анализа способна не только углубить понимание распределения галактик во Вселенной, но и привести к открытиям о происхождении всего наблюдаемого в космосе.

Источник: iXBT