巴塞隆納大學宇宙科學研究所（ICCUB）領導的研究人員開發了一種新技術，可以極大地改善科學家研究宇宙膨脹和研究一種被稱為暗能量的神秘力量的方式。
自然天文學該研究提出了一個名為 CIGaRS 的框架，可以從 Ia 型超新星中提取更多信息，Ia 型超新星是用於測量浩瀚宇宙中距離的強大恆星爆炸。該方法與其他當前方法的不同之處在於它嚴重依賴成像數據而不是昂貴的光譜觀測。這項進展預計將幫助天文學家利用即將來自下一代天空調查的大量數據集，特別是由維拉·C·魯賓天文台進行的數據集。
為什麼 Ia 型超新星很重要？
Ia 型超新星在白矮星爆炸時發生。這是因為這些爆炸具有相似的真實亮度。因此，天文學家將它們用作“標準蠟燭”，透過將實際亮度與地球的表觀亮度進行比較，研究人員能夠計算出距離。
這些測量在宇宙加速膨脹的發現中發揮了關鍵作用。科學家認為這種加速是暗能量。這是現代物理學中最重要的未解答問題之一。
然而，仍然存在重要的併發症。 Ia 型超新星並不完全均勻。
源星系如何影響超新星的測量？
過去20年來，天文學家發現觀測到的超新星亮度受到它們所在星系的影響。在較老或較大質量的星系中發現的超新星可能與在較年輕或較小質量的星系中發現的超新星略有不同。
研究人員通常使用相對簡單的內插法來解釋這些差異。雖然這些估計很有用，但這些估計會限制距離測量的準確性。反之亦然 宇宙學研究的準確性也是如此。
超新星與宇宙的宇宙模型
新框架透過同時建模多個因素來應對這項挑戰。相反，獨立對待每個元素。研究人員創建了一個單一的整合模型，其中包括超新星爆炸本身。它的宿主星系 改變光線的塵埃 整個宇宙歷史甚至宇宙膨脹中超新星發生率的變化
透過將所有這些成分連結到一個統計和物理框架內。該團隊能夠捕捉到在單獨分析各個部分時經常被忽視的關係。
「對宇宙進行建模的一種有效方法是使用貝葉斯推理在電腦上從頭開始模擬它，」該研究的合著者 Raúl Jiménez（ICREA-ICCUB）說。 「這是一種同時改變所有可能的參數來預測我們生活在哪個宇宙的方法。此外，通過擁有這種能力，我們可以考慮一個可能存在‘未知的未知數’的系統，以了解其影響。這些系統對我們的推論的影響是當前宇宙建模方法中最重要的缺失元素。”
利用人工智慧分析宇宙
當然，創建如此全面的模型需要大量的運算能力。為了使這種方法真正發揮作用，研究人員轉向了一種稱為模擬推理的現代技術。
這個過程始於科學家使用物理模型創建大量模擬宇宙。然後，神經網路人工智慧（人工智慧的一種）學習模擬觀察結果與其創建的物理特性之間的關係。接受訓練時，系統將能夠將真實的天文觀測與模擬進行比較。並確定最可能的基本參數。
這種策略使得同時分析數以萬計的超新星成為可能。這是使用傳統技術無法完成的任務。
光靠圖片就可以得到準確的銀河距離
該研究最重要的發現之一是該框架可以僅使用成像資料高精度地確定星系距離（紅移）。
紅移測量隨著宇宙膨脹，光星係被拉伸了多少。它為我們提供了有關星系距離以及我們觀察它的時間的資訊。
研究人員表示，新方法提供的紅移估計精度可與光譜測量相媲美。但它不需要頻譜。這種能力尤其重要，因為即將進行的調查預計將識別出數百萬個超新星候選人。同時，只有一小部分人能夠真正接受後續的光譜調查。
魯賓天文台準備好應對資料氾濫
維拉·C·魯賓天文台 (Vera C. Rubin Observatory)，現已建於智利 為期十年的天空觀測預計將在不久的將來開始。在那次任務中它將發現數量空前的超新星。大約 99% 的這些物體只能透過光測量來觀察。這意味著透過用不同顏色拍攝的影像。相反，它是一個詳細的頻譜。
CIGaRS 框架是專門針對這項挑戰而開發的。
研究的主要作者 Konstantin Karchev（ICCUB-SISSA Trieste）表示：“與其他框架不同，這需要簡化分析。我們毫不妥協的基於端到端模擬的推理方法能夠從魯賓天文台來之不易的數據中提取全方位的宇宙學和天體物理信息。同時，避免了建模中的選擇錯誤和偏差。”
深入研究超新星是如何形成的。
其好處不僅限於測量暗能量。該框架還提供了有關 Ia 型超新星起源的新資訊。
透過重建隨不同星系中恆星年齡而變化的超新星發生率。該模型使科學家最終能夠調查有關導致這些爆炸的系統的長期存在的問題。
研究人員發現，將物理模擬與人工智慧結合可以克服當前宇宙學方法的許多限制。他們估計，這種方法可以將宇宙學約束改善四倍之多，而傳統技術僅依賴用光譜儀觀測到的相對較小的超新星樣本。
隨著魯賓天文台準備開啟天文發現的新時代，CIGaRS 等工具可以幫助科學家從觀測中提取最大量的訊息，加深對宇宙的理解。
