Важной задачей для численного моделирования является исследование эволюции и наблюдательных проявлений популяций источников – популяционный синтез.
Практически любой компьютерный эксперимент в астрофизике решает одну из двух задач. Во-первых, это предсказание свойств каких-то объектов для последующих наблюдений с использованием новых методов и приборов. Во-вторых, это проверка нашего понимания природы уже наблюдаемых объектов или их популяций. Например, при разработке телескопов всегда возникает необходимость оценить, сколько новых источников разных типов сможет обнаружить установка. Это типичная задача для популяционного синтеза. Мы закладываем в модель начальные параметры объектов, темп их рождения, эволюционные законы и на каждой стадии рассчитываем наблюдательные свойства источников. В итоге, совмещая (или, как говорят, сворачивая) результаты моделирования с параметрами чувствительности детектора, получим предсказание для конкретного инструмента.
Возможна и обратная ситуация: у нас есть данные наблюдений, и мы используем их для проверки адекватности нашего понимания начальных параметров объектов, их эволюции или наблюдательных проявлений. Например, в популяционном синтезе мы можем сравнивать модели с разными начальными условиями или эволюционными законами на предмет соответствия данным наблюдений, проверяя тем самым гипотезы о параметрах, наблюдать которые непосредственно невозможно.
Задачи компьютерного эксперимента: проверка начальных условий и законов эволюции путем сопоставления расчетов с наблюдениями, а также прогнозирование для будущих наблюдений.
Например, с одной стороны, мы можем использовать набор предположений для того, чтобы методом популяционного синтеза рассчитать количество (и статистические свойства) радиопульсаров разных типов, которые сможет в будущем обнаружить установка SKA. Добавив в модель эволюцию двойных систем, мы можем рассчитать, сколько пульсаров в паре с черными дырами будет обнаружено. С другой стороны, можно использовать современные данные о пульсарах (с учетом чувствительности разных обзоров), чтобы попробовать выяснить, уменьшается ли магнитное поле этих нейтронных звезд в процессе их эволюции. Для этого можно провести расчеты с помощью популяционного синтеза, изменяя параметры эволюции магнитного поля и добиваясь наилучшего согласия с наблюдениями.
Для популяционного синтеза, как и для многих других видов компьютерного моделирования в астрофизике, существует много общедоступных программ с открытым кодом. Это, к счастью, довольно распространенная тенденция. Существуют депозитарии, в которых находятся сотни исходных кодов для решения различных астрофизических задач (например, сайт ascl.net – Astrophysics Source Code Library, ASCL). Разумеется, и результаты расчетов во многих случаях делаются общедоступными. Особенно это актуально в случае большого космологического моделирования.