Credit imagine: "Effort.jl: a fast and differentiable emulator for the Effective Field Theory of the Large Scale Structure of the Universe" by Marco Bonici, Guido D'Amico, Julien Bel and Carmelita Carbone (2025, JCAP)

O echipă de cosmologi și oameni de știință a lansat Effort.jl, un pachet software open-source revoluționar care promite să transforme modul în care cercetătorii modelează structura la scară mare a Universului.
Effort.jl folosește tehnici moderne de machine learning pentru a prezice modul în care galaxiile și materia întunecată sunt distribuite în cosmos. Dezvoltat în limbajul de programare Julia, programul face calculele cosmologice complexe de milioane de ori mai rapid decât simulările tradiționale, menținând în același timp precizia și caracterul complet deschis al codului sursă.

Universul nu este aleatoriu, galaxiile sunt aranjate într-o vastă rețea interconectată de filamente și goluri cosmice, numită „pânza cosmică”. Pentru a înțelege cum s-a format această structură, oamenii de știință rulează simulări uriașe care urmăresc evoluția materiei și a energiei de-a lungul a miliarde de ani.

Proiecte precum IllustrisTNG, Millennium și Abacus au dezvăluit detalii spectaculoase despre formarea galaxiilor, însă necesită supercomputere care funcționează săptămâni sau chiar luni întregi. Pentru cosmologii care doresc să testeze diferite modele ale materiei întunecate, energiei întunecate sau gravitației, acest lucru reprezintă o limitare majoră.

Pentru a depăși acest obstacol, cercetătorii au început să folosească emulatoare — modele bazate pe machine learning antrenate pe suite de simulări, capabile să prezică proprietăți observabile, cum ar fi spectrul de putere al galaxiilor, în câteva milisecunde, în loc de ore sau zile. Aceste emulatoare permit analize de înaltă precizie și prognoze rapide, adaptate volumului uriaș de date din cosmologia modernă.

Aici intervine Effort.jl. În loc să refacă o simulare completă de fiecare dată, Effort.jl acționează ca un „scurtcircuit inteligent” — un emulator ultrarapid care învață din simulări detaliate și poate prezice instantaneu cum ar trebui să arate Universul în diverse condiții fizice.

Datorită faptului că este construit în Julia, Effort.jl nu este doar rapid, ci și diferentiabil — ceea ce înseamnă că poate urmări automat cum modificări minore ale parametrilor cosmici influențează rezultatele finale. Astfel, instrumentul devine ideal pentru explorarea sensibilității Universului la factori precum cantitatea de energie întunecată sau intensitatea gravitației.

Arhitectura sa deschisă permite cercetătorilor din întreaga lume să-l adapteze pentru noi campanii de observații, să-l extindă către modele mai complexe sau să-l combine cu alte coduri de simulare.
În viitor, Effort.jl își va extinde capabilitățile, integrând fizică mai detaliată, testări pe baza datelor reale din sondaje cosmice și conexiuni cu alte emulatoare pentru fenomene precum radiația cosmică de fond sau lentila gravitațională, făcând un pas înainte spre realizarea unui „geamăn digital” al Universului.

Pe măsură ce cosmologia intră în era preciziei, instrumente precum Effort.jl vor fi esențiale pentru a extrage cât mai multă informație din seturi de date astronomice, transformând terabytes de date din observații în perspective mai clare asupra materiei întunecate, energiei întunecate și fizicii fundamentale a Universului.

Referințe:

"Effort.jl: a fast and differentiable emulator for the Effective Field Theory of the Large Scale Structure of the Universe" by Marco Bonici, Guido D'Amico, Julien Bel and Carmelita Carbone (2025, JCAP)