Astronomer har testat en metod för att rekonstruera det tidiga universums tillstånd genom att tillämpa den på 4000 simulerade universum med hjälp av superdatorn ATERUI II vid National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De fann att tillsammans med nya observationer, metoden kan sätta bättre begränsningar för inflationen, en av de mest gåtfulla händelserna i universums historia. Metoden kan förkorta observationstiden som krävs för att skilja mellan olika inflationsteorier.

Strax efter att universum kom till för 13,8 miljarder år sedan, den ökade plötsligt mer än 1 biljon biljoner gånger i storlek på mindre än en biljondels biljondels mikrosekund, men ingen vet hur eller varför. Denna plötsliga inflation är ett av de viktigaste mysterierna inom modern astronomi. Inflationen borde ha skapat primordiala densitetsfluktuationer som skulle ha påverkat fördelningen av galaxutvecklingen. Således, kartläggning av fördelningen av galaxer kan utesluta modeller för inflation som inte matchar de observerade data.

Dock, andra processer än inflation påverkar också galaxfördelningen, gör det svårt att härleda information om inflation direkt från observationer av universums storskaliga struktur, det kosmiska nätet som består av otaliga galaxer. Särskilt, den gravitationsdrivna tillväxten av grupper av galaxer kan skymma de ursprungliga täthetsfluktuationerna.

En forskargrupp ledd av Masato Shirasaki, en biträdande professor vid NAOJ och Institute of Statistical Mathematics, tillämpat en rekonstruktionsmetod för att vrida tillbaka klockan och ta bort gravitationseffekter från den storskaliga strukturen. De använde ATERUI II, världens snabbaste superdator dedikerad till astronomisimuleringar, att skapa 4000 simulerade universum och utveckla dem genom gravitationsdriven tillväxt. De använde sedan denna metod för att se hur väl den rekonstruerade starttillståndet för simuleringarna. Teamet fann att deras metod kan korrigera för gravitationseffekterna och förbättra begränsningarna för primordial densitetsfluktuationer.

"Vi fann att den här metoden är mycket effektiv, " säger Shirasaki. "Med den här metoden, vi kan verifiera inflationsteorier med ungefär en tiondel av mängden data. Denna metod kan förkorta den nödvändiga observationstiden i kommande galaxundersökningsuppdrag som SuMIRe av NAOJ:s Subaru Telescope."

Dessa resultat visades som Masato Shirasaki et. al. "Begränsa primordial icke-Gaussianitet med post-rekonstruerad Galaxy Bispectrum i rödförskjutningsrymden, " i Fysisk granskning D den 4 januari, 2021.