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Per comprendere come milioni di galassie sono distribuite nel cosmo e la loro interazione i supercomputer richiedono ore di simulazione: questo emulatore può produrre risultati in 1 secondo CPU su un laptop.
Una nuova tecnica che combina l’intelligenza artificiale addestrata da simulazioni di supercomputer e Big Data astronomici ha permesso agli astronomi di analizzare i dati con una velocità inimmaginabile per determinare le caratteristiche sconosciute dell’Universo.
Nelle equazioni che governano l’evoluzione dell’Universo, ci sono alcune incognite che non possono essere misurate direttamente e devono essere dedotte.
Per stimare questi parametri cosmologici, i ricercatori producono più simulazioni dell’evoluzione dell’Universo, ognuna con parametri leggermente diversi, e vedono quale meglio corrisponde alle osservazioni reali. Ma queste simulazioni richiedono tempo e denaro.
Un team di ricercatori, guidato dall’ex ricercatore del progetto Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Yosuke Kobayashi (attualmente postdoctoral Research Associate presso l’Università dell’Arizona), ha sviluppato un emulatore con tecnologia di intelligenza artificiale in grado di esaminare la distribuzione statistica delle galassie in una simulazione o dati reali e indovinare con precisione i parametri che portano al modello osservato.
Mentre anche una sola simulazione richiede decine di ore su un supercomputer per essere completata, questo emulatore può produrre risultati in 1 secondo CPU su un laptop.
Il team ha addestrato l’emulatore su dati simulati prodotti da “ATERUI II”, il supercomputer più potente al mondo dedicato all’astronomia, gestito dall’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ).
Quindi i ricercatori hanno utilizzato l’emulatore su dati reali ottenuti dalla Sloan Digital Sky Survey per la distribuzione delle galassie.
I risultati confermano che la materia rappresenta solo circa il 30% dell’energia nell’Universo, il restante 70% è l’energia oscura che causa l’espansione accelerata dell’Universo.
Inoltre, il team di ricerca è riuscito a misurare con una precisione di circa il 5% un parametro cosmologico che rappresenta il grado di disomogeneità nella struttura dell’Universo attuale.
Questo è un livello di accuratezza che non potrebbe essere raggiunto con i metodi di analisi convenzionali e dimostra l’utilità degli emulatori nella ricerca cosmologica.
”Questi emulatori sono stati utilizzati in studi di cosmologia in precedenza, ma quasi nessuno è stato in grado di prendere in considerazione i numerosi altri effetti, che comprometterebbero i risultati dei parametri cosmologici utilizzando dati reali di indagine delle galassie. Il nostro emulatore fa ed è stato in grado di analizzare i dati di osservazione reali “, commenta Kobayashi.
Takahiro Nishimichi dell’Università di Kyoto, membro del team di ricerca, aggiunge: “Da quando il progetto è stato lanciato nel 2015, abbiamo costruito un database di simulazione, implementato l’apprendimento automatico e condotto una convalida approfondita utilizzando dati simulati prima di arrivare finalmente all’analisi dei dati misurati dall’Universo reale. È un momento molto emozionante”.
Combinato con i nuovi dati provenienti da indagini cosmologiche in corso e in arrivo con strumenti come il Prime Focus Spectrograph da montare sul telescopio Subaru di NAOJ, questo emulatore sarà in grado di dirci ancora di più sull’Universo in cui viviamo.
