Supercomputer skruer det kosmiske ur tilbage

Astronomer har testet en metode til at rekonstruere tilstanden af ​​det tidlige univers ved at anvende den på 4000 simulerede universer ved hjælp af ATERUI II supercomputeren ved National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De fandt ud af, at sammen med nye observationer, metoden kan sætte bedre begrænsninger på inflationen, en af ​​de mest gådefulde begivenheder i universets historie. Metoden kan forkorte den observationstid, der kræves for at skelne mellem forskellige inflationsteorier.

Lige efter at universet opstod for 13,8 milliarder år siden, den voksede pludselig mere end 1 billion gange i størrelse på mindre end en billiontedel af en trillionte af et mikrosekund, men ingen ved hvordan eller hvorfor. Denne pludselige inflation er et af de vigtigste mysterier i moderne astronomi. Inflation burde have skabt primordiale tæthedsudsving, der ville have påvirket fordelingen af ​​galakseudviklingen. Dermed, kortlægning af fordelingen af ​​galakser kan udelukke modeller for inflation, der ikke matcher de observerede data.

Imidlertid, andre processer end inflation påvirker også galaksefordelingen, gør det vanskeligt at udlede information om inflation direkte fra observationer af universets struktur i stor skala, det kosmiske net, der omfatter utallige galakser. I særdeleshed, den gravitationsdrevne vækst af grupper af galakser kan sløre de oprindelige tæthedsudsving.

Et forskerhold ledet af Masato Shirasaki, en adjunkt ved NAOJ og Institute of Statistical Mathematics, anvendt en rekonstruktionsmetode for at skrue uret tilbage og fjerne gravitationseffekter fra den storstilede struktur. De brugte ATERUI II, verdens hurtigste supercomputer dedikeret til astronomi-simuleringer, at skabe 4000 simulerede universer og udvikle dem gennem gravitationsdrevet vækst. De anvendte derefter denne metode for at se, hvor godt den rekonstruerede starttilstanden for simuleringerne. Holdet fandt ud af, at deres metode kan korrigere for gravitationseffekterne og forbedre begrænsningerne for primordiale tæthedsudsving.

"Vi fandt ud af, at denne metode er meget effektiv, " siger Shirasaki. "Ved at bruge denne metode, vi kan verificere inflationsteorier med omtrent en tiendedel af mængden af ​​data. Denne metode kan forkorte den nødvendige observationstid i kommende galakseundersøgelsesmissioner såsom SuMIRe af NAOJs Subaru Telescope."

Disse resultater fremkom som Masato Shirasaki et. al. "Begrænsning af Primordial Non-Gaussianitet med post-rekonstrueret Galaxy Bispectrum i Redshift Space, "ind Fysisk gennemgang D den 4. januar, 2021.