Forskere bekræfter nøjagtigheden af ​​kosmologisk dataanalyseteknik ved hjælp af falske data

Astronomer har spillet et spil med gæt-tallene med kosmologiske implikationer. Arbejder ud fra et falsk katalog over galakser udarbejdet af et japansk team, to amerikanske hold gættede korrekt de kosmologiske parametre, der blev brugt til at generere kataloget, med en nøjagtighed på 1 %. Dette giver os tillid til, at deres metoder vil være i stand til at bestemme de rigtige parametre for det virkelige univers, når de anvendes på observationsdata.

De grundlæggende ligninger, der styrer universets udvikling, kan udledes af teoretiske beregninger, men nogle af tallene i disse ligninger, de kosmologiske parametre, kan kun udledes gennem observationer. Kosmologiske parametre knyttet til de uobserverbare dele af universet, som mængden af ​​mørkt stof eller udvidelsen af ​​universet drevet af mørk energi, skal udledes ved at se på deres virkninger på fordelingen af ​​synlige galakser. Der er altid usikkerhed, når man arbejder med den mørke del af universet, og det er svært at være sikker på, at modellerne og dataanalysen er nøjagtige.

For at teste dataanalysen, et japansk team ledet af Takahiro Nishimichi ved Kyoto University og Kavli IPMU(note) ved University of Tokyo brugte ATERUI II supercomputeren ved National Astronomical Observatory of Japan til at skabe 10 falske universer med et samlet volumen 100 gange større end selv de mest omfattende galakseundersøgelser indtil videre. Det store volumen, stort dynamisk område, og høj opløsning, der kun kunne opnås med verdens mest kraftfulde supercomputer dedikeret til astronomi, var nødvendige for at adskille systematiske fejl i analysemodellerne fra tilfældige fejl på grund af meningsløse tilfældigheder i dataene. De kosmologiske parametre, der blev brugt til at udvikle disse falske universer, blev valgt tilfældigt fra rækken af ​​rimeligt forventede værdier. Det japanske hold udarbejdede et katalog, der viser galaksernes positioner i simuleringen svarende til katalogerne produceret af rigtige teleskoper, der observerer himlen. Det japanske hold udfordrede derefter andre astronomer til at gætte de tal, der blev brugt til at generere kataloget.

To amerikanske hold tog imod udfordringen. At arbejde selvstændigt og bruge forskellige metoder, begge hold analyserede de japanske data med værktøjer, der blev brugt til ægte astronomiundersøgelser. Hvert hold havde kun én chance for at gætte tallene, og begge hold producerede svar inden for 1 % af de reelle værdier. Dette viser, at disse metoder bør give korrekte resultater, når de anvendes på reelle observationsdata.

Så hvad var de rigtige tal? De er stadig hemmelige, så flere hold kan spille gætte-tallene. På denne måde vil udfordringsdataene fortsat understøtte udviklingen og afprøvningen af ​​kosmiske analyseteknikker.

Disse resultater fremkom som Nishimichi et al. "Blindet udfordring for præcisionskosmologi med storskala struktur:resultater fra effektiv feltteori for rødforskydnings-rumgalaksens kraftspektrum" i Fysisk gennemgang D den 28. december, 2020.