Des univers virtuels pour sonder le cosmos express
Les astronomes dressent des cartes de galaxies et écoutent le murmure radio de l'hydrogène neutre. Le signal est si faible qu'un téléviseur en marche suffirait à le noyer, mais des antennes sensibles le captent depuis les profondeurs de l'Univers. Pour comprendre combien de matière noire il contient et à quelle vitesse il s'étend — un processus dicté par l'expansion de l'univers —, les scientifiques se sont tournés vers les simulations informatiques.
La méthode ressemble à celle d'un cuisinier qui, en testant différentes combinaisons d'ingrédients, reconstitue une recette inconnue. On lance des milliers d'univers virtuels avec différentes quantités de matière noire et d'autres paramètres, jusqu'à ce que l'un d'eux produise une carte impossible à distinguer de la réalité.
En appliquant l'approche simultanément aux cartes de galaxies et d'hydrogène, la précision a été multipliée par 2 à 7. Les cartes tridimensionnelles ajoutent encore un gain d'un facteur trois. Cela permettra de scruter l'Univers primordial et de vérifier si la matière noire ne réserve pas de nouvelles surprises.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2605.26210
Extracting maximum cosmological information from current and upcoming large-scale structure data requires going beyond summary statistics as currently used in likelihood-based inference. Simulation-Based Inference (SBI) promises to enable the exploitation of field-level information and the rich physics of modern hydrodynamical simulations. We develop a proof-of-concept SBI pipeline to explore its potential to constrain the cosmological parameters $$\{\Omega_{\rm m}, \sigma_8\}$$ from galaxy number counts, neutral hydrogen (HI) intensity mapping and their combination. We use neural emulators trained on full hydrodynamical simulations to generate galaxy and HI maps from fast, approximate dark matter simulations. Combined with neural posterior estimation, this enables the estimation of cosmological parameters while marginalizing over astrophysical effects. We perform inference both on the power spectrum and on representations derived from field-level 2D or 3D maps, comparing results from each probe and the combination of both tracers, and assessing the impact of data compression and multi-tracers information on cosmological constraints. Combining galaxy and HI fields improves constraints with respect to single-tracer cases by a factor 2 to 7 in terms of a Figure of Merit describing the joint precision on cosmological parameters, depending on the tracer/configuration. Moving from summary statistics to field-level inference leads to a consistent gain in constraining power of about a factor 3, with 3D maps providing the most precise and well-calibrated posteriors. This gain in precision is robust even when astrophysical parameters are marginalized over. Further developments (including realistic survey effects and improvements in emulators' faithfulness) will enable the application of this analysis pipeline to upcoming surveys.
Le signal de l'hydrogène neutre arrive sur une onde de 21 centimètres. Il est si faible qu'un téléviseur en marche peut le noyer, mais les astronomes le captent grâce à des antennes sensibles.
Dans la trilogie culte « Matrix », la réalité s'avère être une simulation informatique. Dans ces travaux, les scientifiques utilisent au contraire des simulations pour sonder la véritable nature de notre monde.