バルセロナ大学宇宙科学研究所（ICCUB）の研究者たちは、宇宙の膨張を研究し、暗黒エネルギーとして知られる神秘的な力を調査する方法を大幅に改善できる新しい技術を開発した。どうやら宇宙はまだ見せびらかしをやめていないようだ。

Nature Astronomyに掲載されたこの研究では、CIGaRSと呼ばれるフレームワークを導入している。これは、Ia型超新星（宇宙の広大な距離を測定するために使われる強力な恒星爆発）からはるかに多くの情報を抽出できる。多くの現在のアプローチとは異なり、この方法は主に高価な分光観測ではなく画像データに依存している。この進歩により、天文学者は次世代の空のサーベイ、特にヴェラ・C・ルービン天文台が実施するものからまもなく届く膨大なデータセットを最大限に活用できるようになると期待されている。

Ia型超新星は白色矮星が爆発するときに発生する。これらの爆発はほぼ同じ固有の明るさに達するため、天文学者はそれらを「標準光源」として使用する。実際の明るさと地球から見た明るさを比較することで、研究者はその距離を計算できる。これらの測定は、宇宙が加速的に膨張しているという発見に重要な役割を果たした。科学者たちはその加速を、現代物理学で最も重要な未解決問題の一つである暗黒エネルギーに起因すると考えている。

しかし、重要な複雑さがある。Ia型超新星は完全に同一ではない。過去20年間にわたり、天文学者は超新星の観測される明るさが、それが発生する銀河の影響を受けることを発見した。古いまたはより大質量の銀河で発生する超新星は、若いまたは小質量の銀河で発生するものとはわずかに異なって見えることがある。研究者は通常、比較的単純な補正方法を用いてこれらの違いを説明してきた。有用ではあるが、これらの近似は距離測定の精度、ひいては宇宙論的研究の精度を制限する可能性がある。

新しいフレームワークは、複数の要因を同時にモデル化することでこの課題に取り組む。各要素を独立して扱うのではなく、研究者は超新星爆発自体、そのホスト銀河、光を変化させる塵、宇宙史を通じた超新星発生率の変化、さらには宇宙の膨張を含む単一の統合モデルを構築した。「宇宙をモデル化する強力な方法は、ベイズ推論を用いてコンピューター上でそれを第一原理からシミュレートすることです」と、研究の共著者であるRaúl Jiménez（ICREA-ICCUB）は言う。「これにより、すべての可能なパラメータを同時に変化させて、私たちがどの宇宙に住んでいるかを予測する方法が提供されます。さらに、この能力を持つことで、可能性のある『未知の未知』の系統誤差を調べ、その影響を理解することができます。」

このような包括的なモデルを構築するには、通常、膨大な計算能力が必要となる。アプローチを実用的にするために、研究者はシミュレーションベース推論と呼ばれる現代的な手法に目を向けた。プロセスは、科学者が物理モデルに基づいて多数のシミュレートされた宇宙を生成することから始まる。次に、ニューラルネットワークがシミュレートされた観測とそれを生み出した物理的特性との関係を学習する。訓練されると、システムは実際の天文観測をシミュレーションと比較し、最も可能性の高い基礎パラメータを決定できる。この戦略により、数万の超新星を同時に分析することが可能になり、従来の手法では非現実的な作業となる。

この研究の最も重要な発見の一つは、フレームワークが画像データのみを使用して銀河の距離（赤方偏移）を高精度で決定できることである。研究者によると、新しい方法は分光測定に匹敵する精度で赤方偏移の推定値を提供するが、スペクトルを必要としない。この能力は、今後のサーベイで数百万の超新星候補が特定されると予想される一方、現実的に分光観測を受けられるのはごく一部であるため、特に重要である。