Астрономи зробили важливий крок до точнішого розуміння того, як розширюється Всесвіт і що саме стоїть за загадковою темною енергією. Міжнародна команда науковців під керівництвом Інституту космічних наук Барселонського університету (Institute of Cosmos Sciences of the University of Barcelona, ICCUB) запропонувала новий метод аналізу космосу, який може значно покращити точність вимірювань.
Робота, опублікована в журналі Nature Astronomy, представляє нову систему під назвою CIGaRS. Її головна ідея — витискати максимум інформації зі спостережень наднових типу Ia, використовуючи не дорогі спектроскопічні вимірювання, а значно доступніші зображення.
Наднові як «космічні маяки»
Наднові типу Ia виникають, коли білий карлик вибухає з величезною енергією. Такі події мають майже однакову яскравість, тому астрономи використовують їх як «стандартні свічки» — своєрідні орієнтири для вимірювання відстаней у Всесвіті.
Саме завдяки цим вибухам науковці колись встановили, що розширення Всесвіту не сповільнюється, а навпаки — прискорюється. Це відкриття стало ключем до концепції темної енергії, однієї з найбільших загадок сучасної фізики. Втім, є проблема: наднові не є абсолютно однаковими.
Всесвіт складніший, ніж здається
За останні десятиліття астрономи з’ясували, що яскравість наднових залежить від середовища, у якому вони виникають. Наприклад, вибухи в старих або масивних галактиках можуть виглядати трохи інакше, ніж у молодих зоряних системах. Раніше ці відмінності враховували приблизно, використовуючи спрощені моделі. Але такі наближення обмежували точність космічних вимірювань.
Новий підхід: усе пов’язано з усім
Метод CIGaRS пропонує інший шлях. Замість того щоб розглядати окремо наднові, галактики, пил, що затемнює світло, і саму історію розширення Всесвіту, дослідники об’єднали все в одну узгоджену модель.
Це дозволяє враховувати всі процеси одночасно — від народження наднових до впливу космічного пилу та структури галактик.
Як пояснює співавтор дослідження Рауль Хіменес (ICREA / ICCUB):
«Ми моделюємо Всесвіт “з нуля” за допомогою байєсівського підходу, змінюючи всі параметри одночасно, щоб зрозуміти, який саме Всесвіт ми спостерігаємо. Це дозволяє враховувати навіть невідомі систематичні ефекти, які можуть суттєво впливати на результати».
Штучний інтелект у ролі космічного аналітика
Щоб реалізувати настільки складну модель, команда використала симуляції та штучний інтелект. Вчені створюють віртуальні Всесвіти з різними параметрами, а нейронна мережа вчиться зв’язувати ці сценарії з результатами спостережень.
Після навчання система здатна працювати з реальними даними та визначати фізичні параметри Всесвіту напряму. Це критично важливо, адже майбутні огляди неба дадуть мільйони спостережень, і обробити їх традиційними методами буде майже неможливо.
Точні відстані без спектрографів
Одне з найважливіших досягнень нового методу — можливість визначати червоне зміщення галактик лише за зображеннями. Червоне зміщення показує, наскільки світло розтягнулося через розширення Всесвіту, і дозволяє обчислювати відстані та навіть «вік» спостережуваних об’єктів.
Раніше для цього потрібні були спектроскопічні дані, які дуже дорогі та довгі в отриманні. Тепер же точність, досягнута новим методом, майже не поступається класичним вимірюванням.
Підготовка до нової ери астрономії
Особливо важливим цей підхід стане для обсерваторії імені Віри Рубін (Vera C. Rubin Observatory), яка готується до масштабного 10-річного огляду неба в Чилі. Очікується, що вона відкриє мільйони наднових, але спектроскопічно буде підтверджено лише малу частину з них. Саме тут CIGaRS може стати ключовим інструментом.
За межами темної енергії
Окрім космології, новий метод може допомогти краще зрозуміти й самі вибухи наднових — як вони формуються та як часто виникають у різних типах галактик. Дослідники вважають, що поєднання фізичних моделей і штучного інтелекту може підвищити точність космологічних вимірювань у кілька разів порівняно з традиційними підходами.
Коли обсерваторія Віри Рубін почне свою роботу в повну силу, астрономія отримає безпрецедентний обсяг даних. І саме такі системи, як CIGaRS, можуть допомогти перетворити цей потік інформації на нові відкриття про структуру, історію та майбутнє Всесвіту.