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Sandbox Physics
宇宙距离阶梯怎样获得尺度

L3 · 宇宙距离阶梯

复算一份相关 SH0ES 距离阶梯子系统

下载下方公开矩阵、独立参考结果和 Python 脚本,只需 Python3 标准库,就能复算87行拟合,检查保留的全部原系数,并比较三种零点偏移。来源固定为 SH0ES 发布提交 c447f0fea703fcd0fff57de5000947b5ca81286b;计算对象是条件子系统,不是完整论文分析。

把三个小文件放进空目录

不需要访问代码仓库。约152KB 的数值输入包含选定观测列、87行八列设计矩阵与87行87列协方差。脚本先用 SHA256 检查输入原字节,再求解。参考结果来自独立 NumPy Cholesky 与 SVD 计算,公开脚本另用标准库求解同一方程。

在新目录中运行下面命令。脚本写出 public-reproduction.json,并把基线与独立参考比较。输入校验和应为24b93d2ce7bdbcbfe9789ac35091dc5737e326beecedf0fa84a80d02ed287447。若下载到 HTML 错误页,校验会在计算前停止。

            mkdir shoes-small-example
cd shoes-small-example
for file in reproduce-subsystem.py shoes-subsystem.json shoes-subsystem-benchmarks.json; do
  curl --fail --location --output "$file" "https://sandboxphysics.com/stories/distance-ladder/$file"
done
python3 reproduce-subsystem.py --reference shoes-subsystem-benchmarks.json

          

对应阅读:PantheonPlusSH0ES DataRelease · Published article license

沿选样追到原数组

原 ally FITS 图像包含3492项预处理观测,alll 图像按47个参数行、3492项观测存储;转置后才是通常的观测乘参数设计矩阵。allc 为3492行3492列协方差。普通 raw GitHub 地址可能只返回 Git LFS 指针,来源清单给出真正媒体地址、48,781,440字节长度及 SHA256。

先固定选样,再看拟合哈勃值:M101 的259行区块等间隔取24行,Mrk1337 的15颗全取,NGC4258 的443行区块等间隔取24行;保留3130—3134五行标定光变,3215—3491等间隔取16行哈勃流,再取3209、3212、3213三行约束。合计63颗造父星、五行标定光变、16行哈勃流与三项约束。

每项观测保存从零起算的 sourceRowIndex,以及原47列中全部非零系数。涉及的列只有0、1、37、38、41、42、43和46。提取与拟合都断言其他列在这些行上为零,避免悄悄固定仍有效的干扰参数。第0行还保留实测星号54672、周期6.853491天;未核实名称配对的哈勃流观测只用矩阵行号标识。

对应阅读:PantheonPlusSH0ES DataRelease · Riess et al.

拟合前先读懂预处理量和约束

预处理造父星星等已减掉负3.285乘以对数周期偏移,拟合的是斜率修正,报告实际斜率时要再加回负3.285。表2的 F160W 星等是另一个四舍五入显示量。table2.README 提醒表中误差缺少重拟合所需的非对角项,自定义选样也可能需要新人工星测试。本教程沿用发布协方差与光度预处理。

第3209行是发布金属丰度摘要,约每 dex 负0.215±0.1200.215\pm0.120星等;3212行是宽斜率修正正则项,零、标准差十;3213行是几何锚模数偏移,均值零、标准差约0.032391星等。原完整协方差里,这三行与其他行的交叉项都为零。不过数值上为零,不会把摘要变成独立采集的原始实验;其构造仍属于发布的整体造父星分析。结果称作条件拟合,并额外保存删去金属丰度摘要的比较。

对应阅读:PantheonPlusSH0ES DataRelease · Riess et al.

改参数前,先比较保存基线

标准库脚本与独立 NumPy 参考对每个参数的差都小于一亿分之一。哈勃中位数为66.3049059163,中央一标准差变换区间62.2355814993—70.6403064398,卡方75.1994887236,秩八。复算目标就是这些数值,不能为了接近某个期望结果再改样本。

另用完整协方差求解原3492行、47参数发布,得到73.0428191,与表5完整基线73.04相符。小子系统只有两个标定超新星宿主,并条件化于发布摘要;问题缩小、条件改变,中心偏移与区间变宽都有可能。完整论文最终正负1.04还包含作者分析变体,也不是这个子样本的误差条。

量冻结结果
哈勃中位数,千米每秒每 Mpc66.3049059163
实际周期斜率,星等每 dex−3.5186554275
宿主模数相关系数0.6352832389
相对模数,星等3.8409126358±0.10910285943.8409126358\pm0.1091028594

对应阅读:Riess et al. · PantheonPlusSH0ES DataRelease

逐项读出可控失败

输出依次保留采用锚偏移、仅宿主造父星偏移、共同造父星偏移,均为0.10星等。前两项把哈勃值降到63.32069,残差卡方不变;共同偏移仍得66.30491,只移动造父星零点。磁盘上的原观测始终不变,比较中明确改变的是采用向量与解释。

diagonalCovarianceCounterfactual 只把观测非对角协方差清零,得到66.82894,相对模数误差从0.10910变成0.08882。这是故意改变误差模型的对照。withoutMetallicitySummary 得到68.31781,区间放宽为63.44104—73.56945,能看出发布摘要这一条件确实影响答案。

最后读 noAnchor:秩七、identified 为 false,哈勃中位数和区间均为 null。参数列表只是任选锚偏移为零,以展示同样拟合的一族解中的一个。宿主相对模数和误差仍可辨认。若把显示坐标当作绝对测量,就等于手工把锚重新塞了回去。

对应阅读:Riess et al. · PantheonPlusSH0ES DataRelease

为下一份样本保留复算记录

记下来源提交、原行列号、单位和预处理约定。求解前检查协方差字节与全部非零模型系数,先验秩,再把光度拟合变成膨胀率。保存共同误差测试和移除摘要的敏感性测试,与主结果放在一起。

正式发表论文采用 CC BY4.0,原仓库没有另外的代码许可。下载脚本独立求解方程,选定数值附作者出处和来源校验和。完整 FITS 仍由 provenance.json 指向作者固定地址。可选 freeze-shoes-subsystem.py 用 NumPy 独立提取所列行;运行时给出 --source-cache SOURCE_FOLDER --output-directory extracted --full-reference。加 --fetch 才下载缺少的固定原文件,其中协方差约48MB。主要三文件拟合只需 Python 标准库。

对应阅读:Published article license · PantheonPlusSH0ES DataRelease

下载原输入与完整结果

将 Python 脚本、选定矩阵与独立参考结果放在同一目录。来源清单记录原文件与校验和,冻结输出保留标定偏移、去掉锚点和仅用对角误差的对照。

亲手观察

交互重现一次标定比较

  1. 在“距离阶梯”选“共同偏移相消”,导出采用设置,与基线比较并确认哈勃值不变。
  2. 重访原四十源 Pantheon+ 膨胀教程时,再切到“膨胀形状”。该模式剖面化自由亮度零点,报告膨胀形状拟合。

练习与答案

共同尺度移动后,卡方相同但哈勃值变了。怎样区分不变性和数值错误?

去掉锚后,用设计矩阵乘给定共同尺度零向量,结果应逐项为零,沿该方向移动参数也应保持所有观测预言。有锚时,只有同时改变采用的锚值,才容许这种共同移动。

来源与计算范围

  1. Riess et al., A Comprehensive Measurement of the Local Value of the Hubble Constant, arXiv:2112.04510 v 3 (2022)

    第2.1节与第4节定义联合模型和标定;第5节、表5、图14—16给出完整拟合与相关性,第6—7节讨论变体和比较。课程所述论文结论固定在这一版本。

  2. PantheonPlusSH0ES DataRelease, commit c447f0fea703fcd0fff57de5000947b5ca81286b

    ally、alll、allc FITS 数组包含3492项预处理观测、47个参数列及完整协方差。公开教程保留其中87项观测与涉及的全部非零模型列。table2.README 明确提醒,不能只拿表2的对角误差重新拟合。

  3. Published article license, DOI10.3847/2041-8213/ac 5 c 5 b

    正式发表版本登记为 CC BY4.0,原仓库没有另外的代码许可。教程脚本自行实现拟合并注明数值数据出处,没有转载作者 MCMC 代码。

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