Эмулятор 21cmEMUv3 ускорил моделирование космического рассвета и реионизации
Астрофизики разработали новый эмулятор 21cmEMUv3, который позволяет быстро и точно моделировать сигналы космического рассвета и эпохи реионизации. Исследование опубликовано в репозитории arXiv (статья 2606.00219).
Эмулятор обучен на симуляциях 21cmFASTv3, учитывающих охлаждение галактик как через атомарные, так и через молекулярные процессы. Он принимает на вход космологический параметр ?? и десять астрофизических параметров, а на выходе выдаёт семь сводных наблюдаемых величин. Среди них — цилиндрический и сферически усреднённый спектры мощности 21-сантиметровой линии, средняя нейтральная доля межгалактической среды, средняя спиновая температура, глобальный 21-сантиметровый сигнал, ультрафиолетовые функции светимости и оптическая глубина томсоновского рассеяния.
Особенность новинки — цилиндрический спектр мощности 21-см линии впервые эмулируется с таким высоким разрешением и точностью в широком диапазоне красных смещений (z ? 6–30) с помощью score-based диффузии. Остальные шесть величин эмулируются сетями долгой краткосрочной памяти (LSTM). Медианная точность всех предсказаний — менее одного процента.
С помощью 21cmEMUv3 авторы заново интерпретировали верхние пределы на спектр мощности 21-см линии, полученные телескопом HERA. Впервые для задания априорных распределений по звездообразованию в галактиках с молекулярным охлаждением использовались современные гидродинамические симуляции. Выяснилось, что измеренная мягкая рентгеновская светимость на единицу темпа звездообразования согласуется с экстраполяцией рентгеновских двойных на условия низкой металличности, типичные для первых галактик. При этом значения ниже 10^39.2 эрг с?? M??? год исключаются с достоверностью 95%.
Также эмулятор использован для прогноза возможности обнаружения космического 21-см сигнала телескопом Square Kilometre Array (SKA) для разных конфигураций антенной решётки. Пакет 21cmEMU открыт для сообщества.
