Две точки на поверхности воздушного шара — вот и все ориентиры, когда пытаешься понять, как он раздувается. Примерно так космологи восстанавливают историю расширения Вселенной. Только вместо точек у них — гравитационные волны от слияния сверхплотных объектов: нейтронных звёзд и чёрных дыр. Такие события называют «стандартными сиренами» — по аналогии со звуком, чья громкость точно говорит о расстоянии до источника.

Авторы новой работы взяли будущие каталоги двух гигантских детекторов — космического LISA и наземного ET — и применили к ним гауссовские процессы. Этот математический инструмент не навязывает жёсткую форму кривой расширения, а позволяет данным говорить самим за себя. Такой подход помог восстановить не только расстояния до далёких галактик, но и ключевые показатели: параметр Хаббла (скорость расширения), параметр замедления и полное «уравнение состояния» тёмной энергии.

Но главный сюрприз — в том, что просто измерить расстояния мало. Если смотреть только на график «расстояние — красное смещение», большинство конкурирующих космологических моделей (включая теории с взаимодействующей тёмной материей или ранней тёмной энергией) сливаются в одну неразличимую полосу. Чтобы их разделить, нужно брать производные — то есть смотреть, как быстро меняется скорость расширения. И вот тут появляются конкретные «окна прозрачности»: для ET это красное смещение около 1.7 (когда Вселенная была примерно вдвое моложе, чем сейчас), а для LISA — около 2.7 (в три раза моложе). Именно в этих диапазонах будущие наблюдения дадут самый чёткий ответ, какая из моделей ближе к истине.

Такой подход напоминает работу врача, который не просто измеряет температуру пациента, а следит за её скачками в определённые часы. Авторы создали инструмент, который точно указывает, в какие «часы» и на какие симптомы нужно обратить внимание, чтобы поставить диагноз Вселенной.