AIがダークマターと宇宙ノイズの区別に役立つ(AI helps distinguish dark matter from cosmic noise)

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2024-09-10 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

EPFLの天文学者デビッド・ハーヴィーが開発したAIツールは、暗黒物質の自己相互作用と他の宇宙現象、特に銀河核活動(AGN)の影響を区別することができ、暗黒物質研究の精度を大幅に向上させると期待されています。暗黒物質は宇宙の約27%を占めますが、直接観測できず、重力効果を通じてのみその存在を推測しています。これまで、銀河中心の超大質量ブラックホール(AGN)がもたらす物質の動きが暗黒物質と混同されることが課題でしたが、AIはこれを解決するために開発されました。特に、ハーヴィーのチームが訓練した畳み込みニューラルネットワーク(CNN)は、銀河団の画像を解析し、暗黒物質の自己相互作用とAGNのフィードバックを80%の精度で区別することができ、観測ノイズを含むデータにも対応できるため、今後の暗黒物質研究において非常に有望なツールとなるでしょう。

<関連情報>

自己相互作用する暗黒物質とAGNのフィードバックモデルを分離する深層学習アルゴリズム A deep-learning algorithm to disentangle self-interacting dark matter and AGN feedback models

D. Harvey
Nature Astronomy  Published:06 September 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-024-02322-8

AIがダークマターと宇宙ノイズの区別に役立つ(AI helps distinguish dark matter from cosmic noise)

Abstract

The nature of dark matter remains one of the greatest unanswered questions in science. The largest concentrations of dark matter appear to lie in galaxy clusters. By modifying the properties of dark matter, the distribution of mass in clusters is altered in an observable way. However, uncertain astrophysical mechanisms also alter the mass distribution, often mimicking the effect of different dark matter properties. Here I present a machine learning method that ‘learns’, from simulations, how the impact of dark matter self-interactions differs from that of astrophysical feedback. In the idealized case, my algorithm is 80% accurate at identifying whether a galaxy cluster harbours collisionless dark matter, dark matter with a self interaction cross-section, σDM/m = 0.1 cm2 g−1 or dark matter with σDM/m = 1 cm2 g−1. It is found that weak-lensing information primarily differentiates self-interacting dark matter, whereas X-ray information disentangles different models of astrophysical feedback. The data are forward modelled to imitate observations from Euclid and Chandra, and it is found that the model has a statistical error of σDM/m < 0.01 cm2 g−1 and is insensitive to shape-measurement bias and photometric-redshift errors. This method represents a way to analyse data from upcoming telescopes that are an order of magnitude more precise and many orders faster than current methods, enabling us to explore the properties of dark matter like never before.

1701物理及び化学
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