Avkoda mörk energis utveckling med Euclid och fältnivåinferens

Att förstå Universums accelererande expansion är en av de mest djupgående olösta frågorna i modern vetenskap. Vår standardmodell för kosmologi förklarar detta med en konstant form av mörk energi, den så kallade kosmologiska konstanten, men denna förklaring innebär stora teoretiska utmaningar.

Nya observationer, inklusive data från Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), antyder att mörk energi kanske inte är konstant. Om detta bekräftas skulle det innebära ett paradigmskifte i vår förståelse av gravitation, universums utveckling och den fundamentala fysiken.

Den framgångsrika uppskjutningen och driftsättningen av Europeiska rymdorganisationens (ESA) satellit Euclid har öppnat en ny era för precisionskosmologi. Euclid kartlägger miljarder galaxer över enorma rymd- och tidsvolymer, och fångar den epok då mörk energi började dominera universums dynamik. Detta unika datamaterial erbjuder en enastående möjlighet att avgöra om mörk energi är statisk eller dynamiskt föränderlig, och att lösa långvariga spänningar i kosmologiska mätningar.

Vårt projekt är utformat för att utnyttja denna möjlighet fullt ut. Istället för att använda traditionell analys baserad på sammanfattande statistik kommer vi att rekonstruera Universums tredimensionella struktur direkt från Euclids galaxobservationer. Detta gör det möjligt att spåra hur materia har klumpat ihop sig, rört sig och utvecklats under påverkan av mörk energi.

På så vis kan vi avslöja de fysiska processer som formar det kosmiska nätverket, galaxers rörelser och subtila avtryck i den kosmiska bakgrundsstrålningen.

För att uppnå detta använder vi en metod kallad fältnivåinferens – en teknik vi varit med och utvecklat, där den observerade kosmiska strukturen modelleras som ett resultat av dess fysiska utveckling. Metoden fångar komplexiteten i strukturformationen och möjliggör kraftigt förbättrad precision i kosmologiska slutsatser.

Genom att kombinera tekniker inom maskininlärning och dynamisk modellering tillämpar vi denna metod i full skala på Euclids data. Särskilt fokuserar vi på att ställa skarpa begränsningar på hur mörk energis tillståndsekvation förändras över tid, med målet att uppnå upp till fem gånger stramare osäkerheter än traditionella metoder.

Resultaten inkluderar högupplösta, fysikaliskt tolkbara kartor över mörk materia och kosmiska hastighetsfält, som möjliggör känsliga tester av modeller med tidsvarierande mörk energi. De kommer även att ge nya sonder av sekundära signaturer i den kosmiska bakgrundsstrålningen, såsom den kinetiska Sunyaev-Zeldovich- och integrerade Sachs-Wolfe-effekten.

Alla rekonstruerade fält och härledda produkter görs publikt tillgängliga för att maximera vetenskapligt värde och engagemang från forskarsamhället.

Projektet är väl tajmat. Med Euclid i sin dataintensiva fas och DESI som antyder möjliga avvikelser från standardmodellen kan kombinationen av nästa generations data och vår innovativa analysmetod förändra vår förståelse av den kosmiska accelerationen.

Vårt team är särskilt väl positionerat att leda detta arbete, med erkänd expertis inom kosmologisk modellering, dataanalys och nära koppling till Euclid-konsortiet.

Genom att etablera en ny standard för tolkning av de största galaxkartläggningarna i historien kommer projektet att placera Sverige i frontlinjen för att avslöja mörk energis sanna natur. Det kommer också att utbilda nästa generation forskare i skärningspunkten mellan astrofysik och artificiell intelligens – och därmed forma framtidens vetenskapliga upptäckter.