Usando un po' di magia dell'apprendimento automatico, gli scienziati possono ora modellare universi vasti e complessi in un millesimo del tempo necessario con i metodi convenzionali. Il nuovo approccio aiuterà a inaugurare una nuova era di simulazioni cosmologiche ad alta risoluzione.
Il nuovo metodo, sviluppato da Yin Li, un astrofisico del Flatiron Institute di New York, e dai suoi colleghi, fornisce un algoritmo di apprendimento automatico con modelli sia a bassa che ad alta risoluzione di una piccola regione dello spazio. L'algoritmo insegna come ridimensionare i modelli a bassa risoluzione in modo che corrispondano ai dettagli trovati nelle versioni ad alta risoluzione. Una volta addestrato, il codice può prendere modelli in scala reale a bassa risoluzione e generare simulazioni ad altissima risoluzione che contengono 512 volte più particelle.
Questo ridimensionamento offre un notevole risparmio di tempo. Per una regione dell'Universo di circa 500 milioni di anni luce di diametro, contenente 134 milioni di particelle, i metodi esistenti impiegano 560 ore per completare una simulazione ad alta risoluzione utilizzando un singolo core di elaborazione. Gli scienziati dicono che con il nuovo approccio ci vogliono solo 36 minuti. I risultati sono stati ancora più impressionanti quando sono state aggiunte più particelle alla simulazione. Per l'universo, che è 1000 volte più grande e contiene 134 miliardi di particelle, il nuovo metodo dei ricercatori ha impiegato 16 ore su una GPU.
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Secondo gli esperti, la riduzione del tempo necessario per condurre simulazioni cosmologiche "può garantire progressi significativi nella cosmologia numerica e nell'astrofisica. Le simulazioni cosmologiche fanno risalire la storia dell'universo alla formazione di tutte le galassie e dei loro buchi neri".
Finora, i nuovi modelli considerano solo la materia oscura e la gravità. Anche se questa può sembrare una semplificazione eccessiva, la gravità è certamente la forza dominante nell'universo su larga scala e la materia oscura costituisce l'85% di tutta la "materia" nel cosmo. Le particelle nella simulazione non sono letteralmente particelle di materia oscura, ma sono invece utilizzate come tracker per mostrare come le particelle di materia oscura si muovono attraverso l'universo.
La simulazione non cattura tutto, poiché si concentra solo sulla materia oscura e sulla gravità, non vengono presi in considerazione fenomeni su piccola scala come la formazione stellare, le supernove e gli effetti dei buchi neri. I ricercatori hanno in programma di espandere i loro metodi per includere le forze responsabili di tali fenomeni ed eseguire le loro reti neurali al volo insieme a simulazioni convenzionali per migliorare la precisione.
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