mind mérések, mind pedig az azokat igazoló elméleti modellek szükségesek hozzá, és még ezután is hosszú út vezet világunk térbeli "csontvázának" megismeréséhez. Éppen ezért a térkép elkészítése az emberi elméken kívül rendkívül nagy számítási kapacitást, és így sok időt igényel, nem is beszélve arról, hogy jelenleg egy olyan korszakban élünk, amikor a csillagászati adatok mennyisége exponenciálisan növekszik.
Felvetődik ekkor a kérdés: hogyan csökkenthetnénk le a térkép elkészítéséhez szükséges időt? Egy nemzetközi kutatócsoport érdekes megoldást kínál, amelyben bevezeti az Effort.jl nevű emulátort. Ez az emulátor képes az az EFTofLSS (Effectice Field Theory of Large Scale Structure) nevű, bonyolult elméleti modellhez hasonló pontossággal feltérképezni a Világegyetemet, ráadásul nem igényel szuperszámítógépet, csak egy laptopot és néhány percet.
A kutatásban résztvevő Marco Bonici a következő példával szemlélteti a térkép elkészítésének kihívásait: "Képzeljük el, hogy szeretnénk megvizsgálni egy pohár vizet a mikroszkopikus méretű komponensek, vagy az atomok szintjén. Ez elméletileg lehetséges, viszont ha szeretnénk meghatározni azt, hogy pontosan mi történik akkor, amikor a víz mozog, a szükséges számítások száma és ideje robbanásszerűen megugrik, ezzel nagyjából lehetetlenné téve a küldetést. Vannak azonban olyan tulajdonságok, amelyeket mikroszkopikus szinten meghatározhatunk, és megfigyelhetjük azt, hogy makroszkopikus méretekben hogyan nyilvánul meg a hatásuk. Ezen tulajdonságok közé tartozik például a folyadék mozgása is."
Ilyesmi alapon működnek az EFTofLSS-hez hasonló elméleti modellek, amelyekben az Univerzum testesíti meg a pohár vizet makroszkopikus skálákon, a víz mikroszkopikus részecskéi pedig a kis skálán érvényes fizikai folyamatokat szimbolizálják. Ezek a modellek a mérési adatok ismeretében igyekeznek jóslatokat tenni a víz, vagy adott esetben az Univerzum szerkezetére nézve. Ezekkel azonban adódik a következő probléma: rengeteg adattal dolgoznak, és így nagyon nagy számítási kapacitást, és sok időt igényelnek. Ennek megoldására hozták létre a kutatók az említett emulátort.
Az Effort.jl-hez hasonló emulátorok működése neutrális hálókon alapul, amelyeknek kívülről megtaníthatjuk a létező elméleti modelleket, és azok jóslatait. Ezek alapján az emulátor a bemenő adatok alapján olyan jóslatokat tud tenni, amelyek összhangban vannak az elméleti modellekkel. Ez tehát azt jelenti, hogy az emulátor nem érti a fizikai folyamatot, amellyel foglalkozik, hanem egy új adathalmaz beolvasása után képes az elméleti modelleknek eleget tevő jóslatot létrehozni rövid idő alatt.
Az Effort.jl még többet is tud annál, mint hogy a bemenő adatok alapján kiszámítja a modell jóslatait. Képes például meghatározni azt is, hogy a bemenő paraméterek apró változtatásainak hatására miként változnak az elméleti modellek jóslatai. Ennek következtében ez az emulátor a többinél jóval hatásosabban működik, így futtatásához kevesebb számítási kapacitás szükséges. A kutatók az emulátort valódi csillagászati adatokon és szimulált adatokon is tesztelték, és arra a következtetésre jutottak, hogy az eredményül kapott jóslatok csaknem megegyeznek az EFTofLSS modellével.
Mindezek alapján látszik tehát, hogy az Effort.jl kiváló eszközt ad az Univerzum nagy skálás szerkezetét feltérképező csillagászok kezébe. A leírtakról szóló tanulmány a Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) című szaklapban jelent meg.
A cikk forrása: https://www.space.com/astronomy/forget-supercomputers-scientists-say-a-laptop-could-map-the-universe-in-minutes
Szerző: Könyves-Tóth Réka, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet