Соотношение Талли-Фишера стало новым прямым зондом космологии и темной материи

Барионное соотношение Талли-Фишера (BTFR) — это фундаментальная зависимость между полной барионной массой спиральных галактик и их максимальной скоростью вращения. Ранее оно использовалось как калиброванный индикатор расстояний и тест для теорий формирования галактик. В новой работе, опубликованной на arXiv, исследователи впервые показали, что BTFR также напрямую чувствительно к ключевым космологическим параметрам.

Ученые проанализировали данные из серии космологических магнитогидродинамических симуляций DREAMS. С помощью глубоких нейронных сетей в форме нормализующих потоков они обучили модель восстанавливать апостериорные распределения параметров: плотности материи ?m, амплитуды флуктуаций ?8 и массы частиц теплой темной материи Mwdm, а также трех параметров астрофизической обратной связи.

Результаты показали, что BTFR восстанавливает ?m и ?8 с точностью на уровне субпроцента по смещению и с медианной точностью около 2,6% и 3,9% соответственно. Масса частиц теплой темной материи определяется с точностью около 30–35%. Параметры обратной связи от сверхновых также поддаются ограничению, за исключением параметра, регулирующего обратную связь от активных ядер галактик.

Авторы подчеркивают, что BTFR является не только индикатором расстояний и инструментом для изучения барионного цикла и обратной связи в галактиках, но и независимым прямым зондом космологии и фундаментальной физики. Метод не требует предположений о форме потенциала или уравнении состояния.

Особенно перспективным представляется применение BTFR к данным будущего телескопа Square Kilometer Array (SKA). Ожидается, что огромное количество галактик с измеренными вращательными кривыми позволит существенно улучшить ограничения на космологические параметры и свойства темной материи.

Исследование выполнено в рамках проекта DREAMS, который включает симуляции с различными сценариями темной материи. Работа демонстрирует, как сочетание наблюдательных данных и методов машинного обучения открывает новые окна в понимании Вселенной.