Ноутбук вместо суперкомпьютера. Ученые нашли новый инструмент для исследования космической сети

Чтобы понять, как она устроена, физики сочетают теории с данными телескопов и других приборов и создают математические модели. Одна из важнейших моделей — EFTofLSS (Effective Field Theory of Large-Scale Structure), которая описывает крупномасштабную структуру космоса и помогает делать статистические предсказания.

Но такие модели требуют много времени и ресурсов для вычислений. Рост объемов астрономических данных делает это еще более сложным.

Чтобы решить эту проблему, международная команда исследователей из Италии и Канады создала Effort.jl — специальный «эмулятор», который имитирует поведение сложных космологических моделей за минуты на обычном ноутбуке.

Как объясняет Марко Боници, исследователь из Университета Ватерлоо:

«Представьте, что хотите исследовать стакан воды на уровне отдельных атомов. Теоретически это возможно, но для детального описания движения воды объем вычислений становится гигантским. Эффективная теория позволяет закодировать свойства на малых масштабах и увидеть их эффект на больших, то есть на движение воды в стакане. Для Вселенной это работает так же.»

Эмулятор работает благодаря нейронной сети, которая учится предсказывать результаты модели на основе уже вычисленных данных. Effort.jl упрощает обучение, используя знания о том, как изменение параметров влияет на результат, и вычисляя изменения с помощью градиентов. Это позволяет сократить время и ресурсы, оставляя точность высокой.

Результаты показали, что точность Effort.jl почти не отличается от классической модели, а в некоторых случаях даже дает больше деталей. Таким образом, эмулятор станет важным инструментом для анализа больших объемов данных от новых астрономических проектов, таких как DESI и Euclid, и поможет лучше понимать структуру Вселенной.