Met behulp van een beetje machine learning-magie kunnen wetenschappers nu enorme en complexe universums modelleren in een duizendste van de tijd die conventionele methoden nodig hebben. De nieuwe aanpak zal helpen een nieuw tijdperk van kosmologische simulaties met hoge resolutie in te luiden.
De nieuwe methode, ontwikkeld door Yin Li, een astrofysicus aan het Flatiron Institute in New York, en zijn collega's, biedt een machine learning-algoritme met modellen met zowel lage als hoge resolutie van een klein deel van de ruimte. Het algoritme leert hoe modellen met een lage resolutie kunnen worden geschaald om overeen te komen met de details in versies met een hoge resolutie. Na training kan de code modellen met een lage resolutie op volledige schaal gebruiken en simulaties met ultrahoge resolutie genereren die 512 keer meer deeltjes bevatten.
Deze schaalvergroting levert een aanzienlijke tijdswinst op. Voor een deel van het heelal met een doorsnede van ongeveer 500 miljoen lichtjaar en 134 miljoen deeltjes bevatten bestaande methoden 560 uur om een simulatie met hoge resolutie te voltooien met behulp van een enkele verwerkingskern. Wetenschappers zeggen dat het met de nieuwe aanpak slechts 36 minuten duurt. De resultaten waren nog indrukwekkender toen er meer deeltjes aan de simulatie werden toegevoegd. Voor het universum, dat 1000 keer groter is en 134 miljard deeltjes bevat, duurde de nieuwe methode van de onderzoekers 16 uur op één GPU.
Ook interessant:
- De eerste deeltjes in het heelal zijn nagemaakt. Spoiler alert: ze zien er raar uit
- Een nieuwe studie roept twijfels op over de samenstelling van 70% van ons universum
Volgens experts kan het verkorten van de tijd die nodig is voor het uitvoeren van kosmologische simulaties "aanzienlijke vooruitgang opleveren in de numerieke kosmologie en astrofysica. Kosmologische simulaties traceren de geschiedenis van het universum terug naar de vorming van alle sterrenstelsels en hun zwarte gaten."
Tot nu toe houden de nieuwe modellen alleen rekening met donkere materie en zwaartekracht. Hoewel dit misschien een oversimplificatie lijkt, is de zwaartekracht zeker de dominante kracht in het universum op grote schaal, en maakt donkere materie 85% uit van alle "materie" in de kosmos. De deeltjes in de simulatie zijn geen letterlijke donkere materiedeeltjes, maar worden in plaats daarvan gebruikt als trackers om te laten zien hoe donkere materiedeeltjes door het universum bewegen.
De simulatie legt niet alles vast, er wordt alleen gefocust op donkere materie en zwaartekracht, kleinschalige fenomenen als stervorming, supernovae en de effecten van zwarte gaten worden buiten beschouwing gelaten. De onderzoekers zijn van plan hun methoden uit te breiden om de krachten die verantwoordelijk zijn voor dergelijke verschijnselen op te nemen en hun neurale netwerken on the fly naast conventionele simulaties uit te voeren om de nauwkeurigheid te verbeteren.
Lees ook: