Гравитационное линзирование, часто ассоциируемое с «космическими кривыми зеркалами» — дублирующимися галактиками, дугами и искажёнными формами, — проявляется и в более слабой форме.

Космический сдвиг (cosmic shear), вызванный крупномасштабной структурой Вселенной, искривляет свет едва заметно, но несёт ключи к пониманию роли тёмной энергии в эволюции космоса. В исследовании учёные из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) представили инновационный метод картирования этого явления с помощью линейной алгебры, статистики и высокопроизводительных вычислений.

Команда разработала модель, преобразующую данные симуляций космического сдвига из отдельных точек в прогнозы для всего небесного свода, эффективно заполняя пробелы в наблюдениях. Метод обрабатывает массивы данных, в 1000 раз превышающие объёмы предыдущих подходов. Основной фокус был направлен на расчёт конвергенции — показателя, отражающего массу, ответственную за линзирование в конкретной области.

Снимок «Хаббла» с примером гравитационного линзировання. Источник: NASA, ESA, Michael Gladders (University of Chicago), Judy Schmidt

«Наши карты визуализируют конвергенцию в различных точках наблюдаемого участка неба, — пояснил Грег Сальябери, учёный LLNL и соавтор работы. — Создавая такие карты для разных эпох (разных расстояний от нас), мы можем восстановить историю эволюции структуры Вселенной и раскрыть влияние тёмной энергии».

Однако с ростом объёмов данных расчёты становятся сложнее. С запуском новых широкоугольных обзоров, таких как проект обсерватории имени Веры Рубин, потребуются масштабируемые методы для обработки экзабайтов информации. Чтобы решить эту задачу, учёные оптимизировали модель, ограничив влияние на каждую точку только ближайшими соседними данными, а не всеми объектами обзора.

«Вычислительная среда и программный стек, позволяющие применять нашу модель в высокопроизводительных системах, создавались более десяти лет, — отметил Мин Прист, соавтор исследования. — В их основе — библиотеки для решения задач экстремального масштаба».

Пока метод тестировался на упрощённых симуляциях, которые не полностью отражают сложность реальных астрономических данных. В планах команды — повышение универсальности подхода.

Исследование открывает путь к анализу данных будущих миссий, где точность и скорость обработки станут критическими для изучения тёмной энергии.

Подробнее на iXBT