סקר האנרגיה האפלה שיפר את הבנתנו את היקום, הכפיל את הדיוק של מדידות אנרגיה אפלה באמצעות AI וטכניקות סימולציה, והציע תובנות לגבי מבנה היקום והצורך הפוטנציאלי במודלים קוסמולוגיים חדשים. קרדיט: twoday.co.il.com
צוות מחקר בראשות UCL השתמש בטכניקות של בינה מלאכותית (AI) כדי להסיק את ההשפעה והמאפיינים של אנרגיה אפלה באופן מדויק יותר ממפה של חומר אפל וגלוי ביקום המכסה את שבעה מיליארד השנים האחרונות.
המחקר, שבוצע על ידי שיתוף הפעולה Dark Energy Survey, הכפיל את הדיוק שבו ניתן היה להסיק מהמפה את מאפייני המפתח של היקום, כולל הצפיפות הכוללת של אנרגיה אפלה.
הדיוק המוגבר הזה מאפשר לחוקרים לשלול מודלים של היקום שהיה אפשר להעלות על הדעת בעבר.
התקדמות בהבנה הקוסמית
אנרגיה אפלה היא הכוח המסתורי שמאיץ את התפשטות היקום ונחשב שמהווה כ-70% מתוכן היקום (עם חומר אפל, חומר בלתי נראה שכוח הכבידה שלהם מושך גלקסיות, שמהווה 25%, וחומר רגיל רק 5% ).
המחבר הראשי ד"ר ניאל ג'פרי (UCL Physics & Astronomy) אמר: "באמצעות AI כדי ללמוד מיקומים מדומי מחשב, הגדלנו את הדיוק של ההערכות שלנו לגבי תכונות מפתח של היקום בפקטור של שניים.
"כדי להשיג את השיפור הזה ללא הטכניקות החדשות הללו, נצטרך פי ארבעה מכמות הנתונים. זה יהיה שווה ערך למיפוי של עוד 300 מיליון גלקסיות".
מחבר שותף ד"ר לורן ווייטוויי (UCL Physics & Astronomy) אמר: "הממצאים שלנו עולים בקנה אחד עם התחזית הטובה ביותר הנוכחית של אנרגיה אפלה כ'קבוע קוסמולוגי' שערכו אינו משתנה במרחב או בזמן. עם זאת, הם גם מאפשרים גמישות כדי שהסבר אחר יהיה נכון. למשל, עדיין יכול להיות שתיאוריית הכבידה שלנו שגויה".
מפת חומר הנגזרת מאחד היקומים המדומים. האזורים הבהירים ביותר של המפה מראים את האזורים שבהם החומר האפל הוא הצפוף ביותר. אלה תואמים לצבירי-על של גלקסיות. הכתמים הכהים, השחורים כמעט, הם חללים קוסמיים, החללים הריקים הגדולים בין צבירי גלקסיות. קרדיט: Niall Jeffrey et al
חידוד מודלים קוסמולוגיים
בהתאם לניתוח הקודם של מפת סקר האנרגיה האפלה, שפורסמה לראשונה ב-2021, הממצאים מראים שהחומר ביקום מפוזר בצורה חלקה יותר – פחות גבשושית – ממה שתורת היחסות הכללית של איינשטיין חוזה. עם זאת, הפער היה פחות משמעותי עבור מחקר זה בהשוואה לניתוח הקודם, שכן פסי השגיאה היו גדולים יותר.
מפת סקר האנרגיה האפלה הושגה באמצעות שיטה הנקראת עדשת כבידה חלשה – כלומר לראות כיצד אור מגלקסיות רחוקות כופף על ידי כוח המשיכה של חומר מתערב בדרכו לכדור הארץ.
שיתוף הפעולה ניתח עיוותים בצורות של 100 מיליון גלקסיות כדי להסיק את התפוצה של כל החומר, הן האפל והן הגלוי, בקדמת הגלקסיות הללו. המפה שהתקבלה כיסתה רבע מהשמים בחצי הכדור הדרומי.
לצורך המחקר החדש, החוקרים השתמשו במחשבי-על במימון ממשלת בריטניה כדי להריץ סימולציות של יקומים שונים על בסיס הנתונים ממפת החומרים של סקר האנרגיה האפלה. לכל סימולציה היה מודל מתמטי שונה של היקום בבסיסה.
החוקרים יצרו מפות חומר מכל אחת מהסימולציות הללו. א למידת מכונה המודל שימש כדי לחלץ את המידע באותן מפות שהיה רלוונטי למודלים קוסמולוגיים. כלי למידת מכונה שני, שלמד מהדוגמאות הרבות של יקומים מדומים עם מודלים קוסמולוגיים שונים, הסתכל על הנתונים הנצפים האמיתיים ונתן את הסיכויים לכך שכל מודל קוסמולוגי יהיה המודל האמיתי של היקום שלנו.
טכניקה חדשה זו אפשרה לחוקרים להשתמש בהרבה יותר מידע מהמפות ממה שהיה אפשרי בשיטה הקודמת.
ההדמיות הופעלו במתקן DiRAC High Performance Computing (HPC), במימון מועצת המדע והטכנולוגיה של בריטניה (STFC).
מחקרים עתידיים בקוסמולוגיה
השלב הבא של פרויקטי היקום האפל – כולל משימת סוכנות החלל האירופית (ESA) Euclid, שהושקה בקיץ שעבר – יגדיל מאוד את כמות הנתונים שיש לנו על המבנים בקנה מידה גדול של היקום, ויעזור לחוקרים לקבוע אם החלקות הבלתי צפויה של היקום הוא סימן שהמודלים הקוסמולוגיים הנוכחיים שגויים או אם יש לזה הסבר אחר.
נכון לעכשיו, החלקות הזו עומדת בסתירה למה שניתן לחזות בהתבסס על ניתוח של רקע המיקרוגל הקוסמי (CMB) – האור שנותר מה המפץ הגדול.
שיתוף הפעולה של סקר האנרגיה האפלה, ש-UCL היא חברה מייסדת שלו, מתארח על ידי מעבדת האצה הלאומית של משרד האנרגיה של ארה"ב (Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) וכוללת יותר מ-400 מדענים מ-25 מוסדות בשבע מדינות.
שיתוף הפעולה קיטלג מאות מיליוני גלקסיות, תוך שימוש בתצלומים של שמי הלילה שצולמו על ידי מצלמת האנרגיה האפלה 570 מגה-פיקסל, אחת המצלמות הדיגיטליות החזקות בעולם, במשך שש שנים (מ-2013 עד 2019). המצלמה, שהמתקן האופטי שלה נבנה ב-UCL, מותקנת על טלסקופ במצפה הכוכבים הבין-אמריקאי Cerro Tololo של הקרן הלאומית למדע בצ'ילה.
