Новая модель описывает распределение плотности тёмной материи точнее прежних подходов
Астрофизики разработали новый подход к вычислению функции распределения плотности материи во Вселенной. Работа опубликована на arXiv и описывает модель, которая работает для произвольной сферически-симметричной оконной функции — то есть способа усреднения плотности по объёму.
В основе модели лежит интеграл по траекториям. Это позволяет описать крупномасштабную структуру нелинейным образом, не прибегая к теории возмущений. Главный вклад в вероятность определяется сферически-симметричным гравитационным коллапсом, а дополнительный множитель порядка единицы — несферическими флуктуациями.
Авторы создали численный конвейер для расчёта основной части функции распределения. Они применили его к набору оконных функций, которые плавно переходят от top-hat к гауссову фильтру в координатном пространстве, а также к функции с немонотонной радиальной зависимостью.
Ключевой результат: функция распределения слабо зависит от выбора фильтра, если ширину фильтра нормировать на фиксированную дисперсию усреднённой плотности. Это означает, что результаты измерений плотности материи можно сравнивать даже при использовании разных методов сглаживания.
Для каждого фильтра и каждой плотности алгоритм выдаёт наиболее вероятный профиль плотности. Оказалось, что в областях с завышенной плотностью профили сильно отличаются для разных фильтров, а в областях с заниженной плотностью следуют универсальной кривой. Это важное наблюдение для интерпретации данных обзоров галактик.
Для малых контрастов плотности авторы получили аналитическое выражение для несферической части. Оно показывает, что все фильтры одинаково чувствительны к поправкам эффективной теории поля, которые учитывают скопление галактик на коротких масштабах. Проще говоря, плавность границы фильтра не даёт преимущества при учёте таких эффектов.
Модель проверили на результатах N-body симуляций высокого разрешения. Согласие отличное для фильтров с шириной больше 10 Мпк/ч. Для более узких фильтров возникают небольшие расхождения на уровне нескольких процентов, которые авторы объясняют вкладом поправок высших порядков.
Новая методика может быть полезна для анализа данных о крупномасштабной структуре Вселенной, включая будущие обзоры галактик и исследования тёмной материи.
