Войти
космический микроволновый фон (CMB) - это тепловое излучение, оставшееся после «Большого взрыва » космология. CMB - это снимок самого старого света в нашей Вселенной, отпечатанный на небе, когда Вселенной было всего 380000 лет. Он показывает крошечные колебания температуры, которые соответствуют областям с немного разной плотностью, представляя собой семена всей будущей структуры: звезд и галактик сегодня. Следовательно, анализ небольших анизотропий в реликтовом фоновом излучении помогает нам понять происхождение и судьбу нашей Вселенной. За последние несколько десятилетий наблюдения и несколько экспериментов, проведенных для понимания основной структуры Вселенной, значительно улучшились. Для анализа данных различных космологических экспериментов и для понимания теоретической природы Вселенной многие передовые методы и компьютерное программное обеспечение разрабатываются и используются космологами в течение многих лет. Эти программы широко используются космологами по всему миру.
Вычислительное программное обеспечение, используемое в космологии, можно разделить на следующие основные классы.
HEALPix (иногда обозначается как Healpix), аббревиатура от Hierarchical Equal Area isoLatitude Пикселизация 2-сферы может относиться либо к алгоритму пикселизации 2-сферы, к соответствующему программному пакету, либо к ассоциированному классу проекций карты. Healpix широко используется для создания космологических случайных карт. Первоначальной мотивацией для разработки HEALPix была необходимость. НАСА WMAP и Миссия Planck Европейского космического агентства производят многочастотные наборы данных, достаточные для построения полнофункциональных карты микроволнового неба с угловым разрешением в несколько угловых минут. Основные требования при разработке HEALPix заключались в создании математической структуры, которая поддерживает подходящую дискретизацию функций на сфере с достаточно высоким разрешением, а также для облегчения быстрого и точного статистического и астрофизического анализа массивных наборов данных всего неба. Карты HEALPix используются почти во всех исследованиях обработки данных в космологии.
CMBFAST - это компьютерный код, разработанный Урошем Селяком и Матиасом Залдарриагой (на основе код Больцмана, написанный Эдмундом Бертшингером, Чунг-Пей Ма и Полом Боде) для вычисления спектра мощности анизотропии космического микроволнового фона. Это первая эффективная программа, которая делает это, сокращая время, необходимое для вычисления анизотропии с нескольких дней до нескольких минут, за счет использования нового полуаналитического подхода прямой видимости.
Код анизотропии в микроволновом фоне Энтони Льюис и Энтони Чаллинор. Код изначально был основан на CMBFAST. Позже были сделаны несколько усовершенствований, чтобы сделать его более быстрым и точным и совместимым с настоящим исследованием. Код написан в объектно-ориентированной манере, чтобы сделать его более удобным для пользователя.
CMBEASY - это программный пакет, написанный Майклом Дораном, Георгом Робберсом и Кристианом М. Мюллером. Код основан на пакете CMBFAST. CMBEASY полностью объектно-ориентирован C ++. Это значительно упрощает манипуляции и расширения кода CMBFAST. Кроме того, мощный класс Spline можно использовать для простого хранения и визуализации данных. Многие функции пакета CMBEASY также доступны через графический интерфейс пользователя. Это может быть полезно для развития интуиции, а также для обучения.
КЛАСС - это новый код Больцмана, разработанный в этой строке. Целью CLASS является моделирование эволюции линейных возмущений во Вселенной и вычисление наблюдаемых реликтового излучения и крупномасштабных структур. Его название также связано с тем, что он написан в объектно-ориентированном стиле, имитирующем понятие класса. Классы - это функция программирования, доступная, например, в C ++ и Python, но эти языки, как известно, менее векторизуемы / распараллеливаются, чем простой C (или Fortran )., и, следовательно, потенциально медленнее. CLASS написан на простом C для обеспечения высокой производительности, при этом код организован в несколько модулей, которые воспроизводят архитектуру и философию классов C ++ для оптимальной читаемости и модульности.
Снимок пакета GUI AnalyzeThis (CMBEASY). График показывает распределение вероятностей маргинализации из цепочки MCMC. AnalizeThis - это пакет для оценки параметров, используемый космологами. Он поставляется с пакетом CMBEASY. Код написан на языке C ++ и использует алгоритм глобального мегаполиса для оценки космологических параметров. Код был разработан Майклом Дораном для оценки параметров с использованием вероятности WMAP-5. Однако после 2008 года код не обновлялся для новых экспериментов CMB. Следовательно, этот пакет в настоящее время не используется исследовательским сообществом CMB. Пакет имеет приятный графический интерфейс.
CosmoMC - это движок Fortran 2003 Монте-Карло с цепью Маркова (MCMC) для исследования пространства космологических параметров. Код выполняет грубые (но точные) теоретические вычисления спектра мощности вещества и Cl с использованием CAMB. CosmoMC использует простой локальный алгоритм Метрополиса вместе с оптимизированным методом быстрой-медленной выборки. Этот метод быстрой и медленной выборки обеспечивает более быструю сходимость для случаев со многими мешающими параметрами, такими как Planck. Пакет CosmoMC также предоставляет подпрограммы для постобработки и построения данных.
CosmoMC был написан Энтони Льюисом в 2002 году, и позже было разработано несколько версий, чтобы поддерживать актуальность кода для различных космологических экспериментов. В настоящее время это наиболее часто используемый код оценки космологических параметров.
SCoPE / Slick Cosmological Parameter Estimator - это недавно разработанный космологический пакет MCMC, написанный Сантану Дасом на языке C. Помимо стандартного глобального алгоритма мегаполиса, в коде используются три уникальных метода, называемых «отложенное отклонение», которые увеличивают скорость принятия цепочки, «предварительная выборка», которая помогает отдельной цепочке работать на параллельных процессорах, и «обновление ковариации между цепями». что предотвращает кластеризацию цепей, обеспечивая более быстрое и лучшее перемешивание цепей. Программа позволяет быстрее вычислять космологические параметры по данным WMAP и Planck.
Различные космологические эксперименты, в частности эксперименты по CMB, такие как WMAP и Planck измеряет колебания температуры в небе CMB, а затем измеряет спектр мощности CMB по наблюдаемой карте неба. Но для оценки параметра требуется χ². Таким образом, все эти эксперименты с реликтовым фоновым излучением имеют собственное программное обеспечение для вероятностей.
