Учёные из Барселонского университета (UB) создали ИИ-систему CIGaRS, которая уточняет калибровку «стандартных свечей» — сверхновых типа Ia — и повышает точность измерений расширения Вселенной. Система объединяет анализ сверхновых и их родительских галактик в единую самосогласованную модель, рассчитанную на поток данных обсерватории имени Веры Рубин (Vera C. Rubin Observatory). Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Источник изображения: ChatGPT
Система Combined Inference and Galaxy-Related Standardisation (CIGaRS) — совместный вывод и стандартизация с учётом свойств галактик — отличается от привычных подходов тем, что вместо спектроскопических наблюдений, то есть анализа спектральных характеристик света, опирается на фотометрические снимки и математический анализ с помощью нейросетей. Это позволяет точнее определять возраст звёзд, вспыхивающих как сверхновые типа Ia, и их металличность — так в астрономии называют концентрацию тяжёлых элементов, — а значит, точнее вычислять расстояние до таких объектов.
«Мощный способ моделирования Вселенной — это её симуляция в компьютере, — заявил участник группы Рауль Хименес (Raúl Jiménez). — Это даёт возможность варьировать все параметры одновременно, чтобы предсказать, в какой Вселенной мы живём. Располагая такой возможностью, можно исследовать потенциальные „неизвестные неизвестные“ систематики и понять их влияние. Воздействие таких систематик на наш вывод — пожалуй, самый важный недостающий ингредиент в нынешних подходах к моделированию Вселенной».
Сверхновые типа Ia возникают в двойных звёздных системах, где один из компонентов — белый карлик, потухший остаток звезды, сопоставимой по массе с Солнцем. Если у такого карлика есть звезда-компаньон, он перетягивает на себя её вещество, пока нарастающая масса не запускает неуправляемый термоядерный взрыв, который полностью уничтожает карлика. Этот процесс метафорически называют «звёздным каннибализмом».
Источник изображения: ChatGPT
Красота механизма в его предсказуемости: поскольку белые карлики взрываются примерно при одной и той же критической массе, яркость таких взрывов считалась практически одинаковой. Это превратило сверхновые типа Ia в «стандартные свечи» — объекты с известной светимостью, по которым можно измерить расстояние. Именно с их помощью в 1998 году две независимые группы астрономов обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением. Условное название силы, стоящей за этим ускорением, — тёмная энергия.
На тёмную энергию приходится около 68 % энергетического бюджета Вселенной, но её природа остаётся самой большой загадкой космологии. При этом она стала доминирующей лишь около 4 млрд лет назад, когда Вселенной было примерно 9 млрд лет и когда расширение, запущенное Большим взрывом, уже затормозила гравитация материи. За последние двадцать лет выяснилось к тому же, что «стандартные свечи» не вполне стандартны: яркость сверхновых слегка зависит от галактической среды — взрывы в крупных или старых галактиках выглядят иначе, чем в молодых. Прежде этот эффект компенсировали приближёнными поправками, но он по-прежнему ограничивал точность измерения расстояний.
Группа под руководством Константина Карчева (Konstantin Karchev) выбрала иной подход: вместо последовательной поправки отдельных параметров она смоделировала все ключевые факторы одновременно — свойства родительских галактик, влияние межзвёздной пыли, частоту взрывов сверхновых и расширение Вселенной. Система обрабатывает десятки тысяч сверхновых за один проход и оценивает расстояния до их галактик-хозяев, используя только фотометрические снимки, без обязательной опоры на спектроскопические данные.
Обсерватория имени Веры C. Рубин будет фиксировать тысячи сверхновых типа Ia — космических «стандартных свечей», по которым уточняют расстояния, скорость расширения Вселенной и свойства тёмной энергии. Источник изображения: W. O'Mullane / NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory, NOIRLab, SLAC, AURA
Такой метод станет особенно важным по мере развёртывания десятилетнего обзора неба Legacy Survey of Space and Time (LSST), который обсерватория имени Веры Рубин в Чили будет проводить с помощью широкоугольного обзорного телескопа-рефлектора, снимающего доступную область неба каждые несколько ночей. Именно этот обзор должен дать данные о беспрецедентно большом числе сверхновых типа Ia.
«В отличие от других систем, которые требуют аналитических упрощений, наш бескомпромиссный сквозной подход на основе моделирования уникален в своей способности извлечь полную космологическую и астрофизическую информацию из с трудом добытых данных обсерватории Рубин, избегая ловушек систематик отбора и моделирования», — заявил Карчев.