利用天体物理学方法预测近距离脉冲信号

天体物理学是一种广泛应用于推断小尺度宇宙运动学的方法，能够在不依赖于实际引力理论的前提下进行分析。通常，天体物理学家会在天体物理学分析中采用friedmann-莱梅特-罗伯逊-沃克布尔（FLRW）度规，但更一般的方法允许在任何假设几何模型之外进行分析。这些方法有着为能独立建模地绘制宇宙近邻图的巨大潜力——在这一区域，宇宙尚未收敛至各向同性。若不加以考虑，这些各向异性会偏置参数推断，因此即便首要目标是推断背景天体物理学，也必须将其纳入精密天体物理学分析之中。本文中，我们发展了一种方法，用于预测由于近邻不均匀性而产生的亮度距离脉冲。这是标准各向同性距离-红移关系的领先阶修正。在极为宽泛的广义相对论宇宙模型范畴内，我们以扩张率与密度梯度为基准，对脉冲进行解释，而无需依赖任何具体的背景天体物理学。我们采用改进初始数据方法的数值相对论模拟，结合完全相对论射线追踪，来检验我们预测的效力。我们发现，我们的预测在 redshift $z\lesssim 0.07$ 的相对光滑模拟中能准确捕捉脉冲迹象，误差约为 $\sim10\%$；在更非线性密度场的情况下，这一范围缩减至 $z\lesssim 0.02$。这相当于相较于朴素的、基于局部天体物理学的预测，实现了约一个数量级的改进。因此，本文解决了关于各向异性天体物理学级数展开收敛性的重要问题，这些问题若不加以考虑，将限制其适用于非常窄的 redshift 范围。