Cercetătorii conduși de Institutul de Științe ale Cosmosului de la Universitatea din Barcelona (ICCUB) au dezvoltat o nouă tehnică care ar putea îmbunătăți considerabil modul în care oamenii de știință studiază expansiunea Universului și investighează misterioasa forță cunoscută sub numele de energie întunecată. Pentru că, se pare, universul nu s-a săturat să se laude.

Publicată în Nature Astronomy, cercetarea introduce un cadru numit CIGaRS care poate extrage mult mai multe informații din supernovele de tip Ia, exploziile stelare puternice folosite pentru a măsura distanțe cosmice vaste. Spre deosebire de multe abordări actuale, metoda se bazează în principal pe date de imagistică, mai degrabă decât pe observații spectroscopice costisitoare. Se așteaptă ca progresul să ajute astronomii să profite la maximum de seturile enorme de date care vor sosi în curând de la sondajele cerești de ultimă generație, în special cele efectuate de Observatorul Vera C. Rubin.

Supernovele de tip Ia apar atunci când stelele pitice albe explodează. Deoarece aceste explozii ating aproape aceeași luminozitate intrinsecă, astronomii le folosesc ca „lumânări standard”: comparând luminozitatea lor reală cu cât de strălucitoare par de pe Pământ, cercetătorii pot calcula distanța lor. Aceste măsurători au jucat un rol crucial în descoperirea că Universul se extinde cu o rată accelerată. Oamenii de știință atribuie această accelerare energiei întunecate, una dintre cele mai semnificative întrebări nerezolvate din fizica modernă.

Cu toate acestea, există o complicație importantă. Supernovele de tip Ia nu sunt perfect identice. În ultimii 20 de ani, astronomii au descoperit că luminozitatea observată a unei supernove este influențată de galaxia în care apare. Supernovele găsite în galaxii mai vechi sau mai masive pot părea ușor diferite de cele care apar în galaxii mai tinere sau mai puțin masive. Cercetătorii au ținut cont de aceste diferențe folosind de obicei metode de corecție relativ simple. Deși utile, aceste aproximări pot limita acuratețea măsurătorilor de distanță și, la rândul lor, precizia studiilor cosmologice.

Noul cadru abordează această provocare prin modelarea simultană a mai multor factori. În loc să trateze fiecare componentă independent, cercetătorii au construit un singur model integrat care include exploziile de supernove în sine, galaxiile lor gazdă, praful care le modifică lumina, schimbările ratelor de supernove de-a lungul istoriei cosmice și chiar expansiunea Universului. „O modalitate puternică de a modela Universul este să îl simulăm ab initio în computer folosind inferența bayesiană”, spune Raúl Jiménez (ICREA-ICCUB), coautor al studiului. „Aceasta oferă o modalitate de a varia toți parametrii posibili în același timp pentru a prezice în ce Univers trăim. Mai mult, având această capacitate, se pot examina posibilele sistematici „necunoscute necunoscute” pentru a le înțelege efectul.”

Construirea unui model atât de cuprinzător ar necesita în mod normal o putere de calcul enormă. Pentru a face abordarea practică, cercetătorii au apelat la o tehnică modernă numită inferență bazată pe simulare. Procesul începe cu oamenii de știință care generează un număr mare de universuri simulate pe baza modelelor fizice. O rețea neuronală învață apoi cum se raportează observațiile simulate la proprietățile fizice care le-au produs. Odată antrenat, sistemul poate compara observațiile astronomice reale cu simulările sale și poate determina cei mai probabili parametri subiacenți. Această strategie face posibilă analizarea simultană a zeci de mii de supernove, o sarcină care ar fi impracticabilă folosind tehnicile tradiționale.

Una dintre cele mai semnificative descoperiri ale studiului este că cadrul poate determina distanțele galaxiilor (deplasările spre roșu) cu o precizie ridicată folosind doar date de imagistică. Potrivit cercetătorilor, noua metodă oferă estimări ale deplasării spre roșu cu o precizie comparabilă cu măsurătorile spectroscopice, dar fără a necesita spectre. Această capacitate este deosebit de importantă deoarece sondajele viitoare sunt de așteptat să identifice milioane de candidați de supernove, în timp ce doar un procent mic poate primi în mod realist spectr