Persistent homology of the cosmic web – I. Hierarchical topology in ΛCDM cosmologies
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT Using a set of Lambda cold dark matter simulations of cosmic structure formation, we study the evolving connectivity and changing topological structure of the cosmic web using state-of-the-art tools of multiscale topological data analysis (TDA). We follow the development of the cosmic web topology in terms of the evolution of Betti number curves and feature persistence diagrams of the three (topological) classes of structural features: matter concentrations, filaments and tunnels, and voids. The Betti curves specify the prominence of features as a function of density level, and their evolution with cosmic epoch reflects the changing network connections between these structural features. The persistence diagrams quantify the longevity and stability of topological features. In this study, we establish, for the first time, the link between persistence diagrams, the features they show, and the gravitationally driven cosmic structure formation process. By following the diagrams’ development over cosmic time, the link between the multiscale topology of the cosmic web and the hierarchical buildup of cosmic structure is established. The sharp apexes in the diagrams are intimately related to key transitions in the structure formation process. The apex in the matter concentration diagrams coincides with the density level at which, typically, they detach from the Hubble expansion and begin to collapse. At that level many individual islands merge to form the network of the cosmic web and a large number of filaments and tunnels emerge to establish its connecting bridges. The location trends of the apex possess a self-similar character that can be related to the cosmic web’s hierarchical buildup. We find that persistence diagrams provide a significantly higher and more profound level of information on the structure formation process than more global summary statistics like Euler characteristic or Betti numbers.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».