Cientistas criaram uma ferramenta de inteligência artificial capaz de gerar universos virtuais complexos para modelar processos cósmicos gigantescos, como a teia de filamentos e nós feita de matéria escura que permeia o universo.
Dark Emulator
Chamado de “Dark Emulator”, o programa utiliza aprendizagem de máquina para tentar prever o comportamento de estruturas de larga escala no universo.
A matéria escura é uma substância misteriosa que os pesquisadores pensam ser responsável pela maior parte da massa do universo, que por sua vez é permeado por uma teia cósmica feita desse material.
Essa e outras estruturas massivas parecem guiar a evolução das galáxias, mas os cientistas desconhecem seus mecanismos exatos, uma vez que a matéria escura não emite luz e é extremamente difícil de detectar. É aqui que entra o Dark Emulator.
“Há muito tempo trabalhamos na construção de previsões teóricas mais precisas da estrutura cosmológica em larga escala”, disse o principal autor do estudo, Takahiro Nishimichi, cosmologista do Instituto Yukawa de Física Teórica da Universidade de Kyoto (EUA), à Vice.
Novos dados
Esse é um excelente momento para uma ferramenta como o Dark Emulator uma vez que novos instrumentos e observatórios, como o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI, na sigla em inglês) e o Grande Telescópio de Levantamento Sinóptico (LSST, na sigla em inglês), devem fornecer aos cientistas dados cada vez mais precisos em breve.
Para interpretar corretamente essas informações, principalmente no que diz respeito a estruturas gigantescas confusas do universo, os cientistas precisam de simulações avançadas que delineiem a forma como a matéria escura influencia a formação e distribuição de galáxias.
“Existem boas razões para acreditarmos que as galáxias se formam provavelmente em regiões nas quais a matéria escura se aglomera, mas a relação exata entre formação galáctica e conteúdo de matéria escura nessas regiões não é totalmente compreendida”, afirmou Nishimichi.
O Dark Emulator pode ajudar a resolver essa questão, uma vez que é programado para levar em conta esse viés e concentrar-se nas propriedades das regiões dos halos (ou aglomerados) de matéria escura onde é mais provável que as galáxias se formem.
Vantagens
Uma das vantagens do Dark Emulator é que ele reúne os resultados de vários simuladores ao mesmo tempo, o que o torna muito mais eficaz do que modelos de previsão anteriores que geravam relações menos complexas entre os parâmetros e os resultados simulados.
Para chegar nesse ponto, a equipe de pesquisa precisou passar três anos construindo um banco de dados enorme nos supercomputadores astronômicos mais potentes do mundo, o ATERUI e ATERUI II, atualmente no Observatório Nacional Astronômico do Japão.
Agora que está operacional, no entanto, o Dark Emulator pode gerar universos virtuais em segundos.
E o que é melhor: quando os pesquisadores querem modelar alguma situação nova, não têm que treinar a inteligência artificial novamente; podem simplesmente reaproveitar as informações que a máquina já “aprendeu” usando um novo conjunto de equações.
Aplicações
Por enquanto, o Dark Emulator já foi capaz de prever padrões 3D de distribuição de galáxias com uma margem de erro de apenas 2% utilizando dados do Sloan Digital Sky Survey.
Os cientistas também alimentaram o simulador com informações da Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru a fim de isolar os efeitos sutis de lentes gravitacionais, um fenômeno no qual campos gravitacionais interferem com a luz emitida de fontes por trás deles.
Próximos passos
Os pesquisadores esperam que o Dark Emulator ajude os cosmólogos a criar modelos mais precisos da teia cósmica e da natureza da matéria escura.
“A natureza da matéria e energia escuras são os alvos mais importantes que podemos abordar com o Dark Emulator. Quando o aplicamos à observação de estruturas em larga escala, podemos obter estimativas independentes e robustas desses parâmetros”, concluiu Nishimichi.
Um artigo sobre o estudo foi publicado na revista científica The Astrophysical Journal. [Vice]