Институт астрофизики Канарских островов возглавил разработку новой численной процедуры для воспроизведения межгалактической среды, полученной в результате космологического моделирования 100 000 часов вычислений с использованием больших данных и методов машинного обучения. Благодаря этому алгоритму, названному Hydro-BAM, исследователи смогли использовать иерархию в отношениях между свойствами темной материи, ионизированного газа и межгалактического нейтрального водорода - ингредиентов, составляющих крупномасштабную структуру нашей Вселенной.
Исследование с высокой точностью воспроизвело так называемые леса Лайман-альфа, узор линий в спектрах далеких галактик и квазаров, который образуется, когда свет, испускаемый этими объектами, поглощается облаками водородного газа на своем пути. Анализ этих лесов имеет фундаментальное значение для развития нашего понимания Вселенной в целом.
Современные наблюдения указывают на то, что в нашей Вселенной преобладают темная материя и темная энергия, которые гораздо более многочисленны, чем обычная или барионная материя. Барионная материя составляет всего 5% от всей массы Вселенной. В отличие от нее, темная материя составляет примерно 27% космоса. Остальные 68% составляет темная энергия, которая отвечает не только за расширение Вселенной, но и за ее постоянное ускорение.
Группа специалистов из Института астрофизики Канарских островов под руководством Франсиско Шу Китаура и Университета Осаки под руководством Кентаро Нагаминэ разработали новые стратегии, позволяющие воссоздать быстрые и подробные вычислительные модели формирования и эволюции Вселенной.
В частности, команда разработала новый алгоритм под названием Hydro-BAM, который сочетает в себе передовые концепции теории вероятности, машинного обучения и космологии. Алгоритм дает точные прогнозы всего за несколько десятков секунд, что эквивалентно более дорогостоящему гидродинамическому моделированию, которое занимает около 100 000 часов на суперкомпьютере.
Цель этих исследований - уточнить понимание крупномасштабной структуры Вселенной и получить информацию о ее эволюции в течение космического времени путем моделирования и наблюдения барионных величин.
Используя эту новую вычислительную процедуру, исследователи рассмотрели связь с изучаемой Вселенной, поставив миллионы виртуальных наблюдателей для моделирования леса Лайман-альфа, его исследовали в поглощении линий визирования квазаров.
Этот узор образуется, когда «деревья» водородного газа, рассеянные по всей Вселенной, поглощают свет, излучаемый этими далекими объектами. Таким образом, ученые могут увидеть четкие линии поглощения, соответствующие облакам на разных расстояниях и, следовательно, показывающие разный возраст Вселенной, а также предоставляющие информацию о межгалактической среде.
«Прорыв произошел, когда мы поняли, что связи между количествами межгалактического газа, темной материи и нейтрального водорода, которые мы пытались смоделировать, хорошо организованы иерархическим образом. Ионизированный газ имеет распределение в пространстве, а нейтральный водород определяется распределением ионизированного газа; более того, совместное распределение ионизированного газа и нейтрального водорода дает нам информацию о тепловом состоянии газа и позволяет предсказать поток поглощения Лайман-альфа леса», - поясняют учёные.
Несмотря на свой успех, авторы говорят, что исследование только начинается, и планируют создать тысячи смоделированных вселенных, включающих барионную физику, что должно позволить провести всесторонний анализ данных из таких галактических обзоров, как DESI, WEAVE-JPAS и проект Subaru PFS.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20220608083514
