Виртуальные вселенные точнее расскажут о космосе экспресс
Астрономы строят карты галактик и слушают радиошёпот нейтрального водорода. Сигнал настолько слаб, что его заглушил бы даже работающий телевизор, но чуткие антенны улавливают его из глубин Вселенной. Чтобы понять, сколько в ней тёмной материи и как быстро она расширяется — процесс, заданный расширением пространства, — учёные обратились к компьютерным симуляциям.
Метод похож на работу повара, который, пробуя разные сочетания ингредиентов, воссоздаёт неизвестный рецепт. Запускаются тысячи виртуальных вселенных с разным количеством тёмной материи и других параметров, пока одна не даст карту, неотличимую от настоящей.
Применив подход одновременно к картам галактик и водорода, точность выросла в 2–7 раз. Трёхмерные карты добавляют ещё трёхкратный выигрыш. Это позволит заглянуть в раннюю Вселенную и проверить, не таит ли тёмная материя новых сюрпризов.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском 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.
Сигнал от нейтрального водорода приходит на волне длиной 21 сантиметр. Он настолько слаб, что его может заглушить работающий телевизор, но астрономы улавливают его с помощью чувствительных антенн.
В культовой трилогии «Матрица» реальность оказалась компьютерной симуляцией. В этой работе учёные, наоборот, используют симуляции, чтобы докопаться до истинной природы нашего мира.