Учёные из Института астрофизики Макса Планка (MPA) разработали инновационный метод анализа галактических карт, который может существенно улучшить понимание тёмной материи, тёмной энергии и гравитации. Исследование, проведённое на основе реалистичных симуляций, демонстрирует значительный прогресс в тестировании космологической стандартной модели.

В современном представлении о космосе галактики не являются изолированными объектами. Несмотря на общее расширение Вселенной под действием неуловимой тёмной энергии, на локальном уровне галактики объединяются в кластеры благодаря гравитационным взаимодействиям, формируя «космическую паутину», удерживаемую гравитацией тёмной материи.

Традиционно космологи анализировали распределение галактик, используя так называемые двух- и трехточечные корреляционные функции, которые измеряют пространственные связи между парами и тройками галактик. Однако этот метод упускает значительную часть информации, особенно на малых пространственных масштабах.

Сводная статистика, такая как двух- и трёхточечные корреляционные функции, сжимает поле галактик в пространственные корреляции между парами и тройками галактик (слева). Статистика на уровне поля обходит этап сжатия, чтобы получить доступ ко всей информации в поле галактик.  Источник: MPA

Новый подход, названный LEFTfield, представляет собой вероятностную систему для моделирования скопления галактик. Метод использует Эффективную теорию поля крупномасштабной структуры (EFTofLSS) для создания точных прогнозов наблюдаемого галактического поля. Важным преимуществом LEFTfield является сохранение всей информации о трёхмерном распределении галактик.

Сравнительный анализ показал, что новый метод полевого уровня (FLI) улучшает ограничения на амплитуду роста структур в 3-5 раз по сравнению со стандартным подходом, даже при консервативных масштабных ограничениях. Это эквивалентно увеличению объёма исследования более чем на порядок, что является значительным достижением, учитывая сложность и затратность картографирования галактического распределения.

Особое внимание исследователи уделили параметру σ8, который количественно определяет типичную амплитуду структуры в начальном поле плотности. Этот параметр особенно важен для проверки нестандартных космологических моделей, например, когда гравитация не полностью описывается общей теорией относительности или когда тёмная материя не является холодной.

Сравнение между FLI и 2+3-точечным выводом использует одну и ту же прямую модель, LEFTfield, для обеих схем вывода. Ключевое отличие в том, что FLI анализирует всё поле галактик, тогда как 2+3-точечный вывод анализирует только 2+3-точечные сводки (того же) поля галактик. Источник: MPA

Новый метод также предоставляет дополнительные возможности для поиска доказательств физики за пределами стандартной модели космологии. Исследователи могут изучать области, наиболее сильно отклоняющиеся от стандартной модели, и исследовать их особенности, а также использовать независимые наборы данных, например, карты гравитационного линзирования.

В настоящее время команда планирует применить новый подход FLI и framework LEFTfield к реальным данным галактических обзоров. Для этого потребуется более глубокое понимание влияния наблюдательных систематических ошибок на модельные предсказания на полевом уровне. Гибкая и эффективная система прямого моделирования LEFTfield станет ключом к таким исследованиям и раскрытию полного потенциала FLI при анализе галактических карт.

Подробнее на iXBT