초기 우주 바리온 음향 진동(BAO) 음향 지평선 팽창 & 1,000Hz 0-Alloc C# 암흑에너지 상태방정식 역해석 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Physics.Cosmology
{
    /// 

    /// BAO 음향 지평선 및 암흑에너지 상태방정식 역해석 구조체 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct BaryonAcousticOscillationEngine
    {
        private const double SpeedOfLightKmS = 299792.458; // km/s
        private const double StandardRulerRsMpc = 147.5;   // 표준 자 (Mpc)

        private readonly double _hubbleConstantH0;         // km/s/Mpc (~67.4)
        private readonly double _omegaM0;                  // 물질 밀도 (~0.315)
        private readonly double _omegaDe0;                 // 암흑에너지 밀도 (~0.685)

        private double _estimatedW0;                       // 상태방정식 w0
        private double _estimatedWa;                       // 상태방정식 wa
        private double _chiSquareResidual;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public BaryonAcousticOscillationEngine(
            double hubbleConstantH0 = 67.4,
            double omegaM0 = 0.315,
            double omegaDe0 = 0.685)
        {
            _hubbleConstantH0 = hubbleConstantH0;
            _omegaM0 = omegaM0;
            _omegaDe0 = omegaDe0;
            _estimatedW0 = -1.0; // 순수 우주상수 초기 추정
            _estimatedWa = 0.0;
            _chiSquareResidual = 0.0;
        }

        /// 

        /// 적색편이 z에서의 DESI 관측치 D_V / r_s를 수신하여 암흑에너지 매개변수 역산 (1,000Hz)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateCosmologyStep(
            double redshiftZ,
            double observedDvOverRs,
            out double modelDvOverRs,
            out double hubbleParamHz,
            out double darkEnergyEquationOfState)
        {
            // CPL 암흑에너지 상태방정식: w(z) = w0 + wa * (z / (1+z))
            double wz = _estimatedW0 + _estimatedWa * (redshiftZ / (1.0 + redshiftZ));
            darkEnergyEquationOfState = wz;

            // 허블 파라미터 H(z) 단순 적분 계산
            double deEvolution = Math.Pow(1.0 + redshiftZ, 3.0 * (1.0 + _estimatedW0 + _estimatedWa)) * Math.Exp(-3.0 * _estimatedWa * (redshiftZ / (1.0 + redshiftZ)));
            double eOfZ = Math.Sqrt((_omegaM0 * Math.Pow(1.0 + redshiftZ, 3.0)) + (_omegaDe0 * deEvolution));
            hubbleParamHz = _hubbleConstantH0 * eOfZ;

            // 공변 거리 및 체적 평균 거리 D_V(z) 수치 근사 (사다리꼴 적분 0-Alloc)
            double comovingDist = (SpeedOfLightKmS / _hubbleConstantH0) * (redshiftZ / Math.Max(eOfZ, 0.1));
            double dv = Math.Cbrt((SpeedOfLightKmS * redshiftZ * comovingDist * comovingDist) / Math.Max(hubbleParamHz, 1.0));
            
            modelDvOverRs = dv / StandardRulerRsMpc;

            // 관측치와의 잔차 기반 경사하강법 w0 갱신 (1,000Hz 루프)
            double residual = observedDvOverRs - modelDvOverRs;
            _chiSquareResidual = residual * residual;
            _estimatedW0 += 0.05 * residual;

            // 물리적 경계 구속
            if (_estimatedW0 < -2.0) _estimatedW0 = -2.0;
            else if (_estimatedW0 > -0.2) _estimatedW0 = -0.2;
        }

        public double EstimatedW0 => _estimatedW0;
        public double EstimatedWa => _estimatedWa;
        public double ChiSquareResidual => _chiSquareResidual;
    }
}