Cientistas descobrem uma maneira de simular o Universo em um laptop

Liderando esse esforço está o Dr. Marco Bonici, pesquisador de pós-doutorado no Centro Waterloo de Astrofísica da Universidade de Waterloo. Bonici e uma equipe internacional criaram Effort.jl, abreviação de Substituto da teoria do campo efetivo. Esta ferramenta utiliza técnicas numéricas avançadas e métodos inteligentes de pré-processamento de dados para fornecer desempenho computacional excepcional, mantendo a precisão exigida em cosmologia. A equipe o projetou como um emulador poderoso para a Teoria de Campo Efetivo de Estrutura em Grande Escala (EFTofLSS), permitindo aos pesquisadores processar vastos conjuntos de dados com mais eficiência do que nunca.

Transformando Frustração em Inovação

A ideia do Effort.jl surgiu da experiência de Bonici na execução de modelos de computador demorados. Cada vez que ele ajustava um único parâmetro, poderia levar dias de cálculo extra para ver os resultados. Esse desafio o inspirou a criar uma solução mais rápida e flexível que pudesse lidar com esses ajustes em horas, em vez de dias.

“Usando o Effort.jl, podemos analisar conjuntos de dados complexos em modelos como EFTofLSS, que anteriormente precisavam de muito tempo e poder de computador”, explicou Bonici. “Com projetos como DESI e Euclid expandindo nosso conhecimento do universo e criando conjuntos de dados astronômicos ainda maiores para explorar, Effort.jl permite que os pesquisadores analisem dados de forma mais rápida, econômica e múltiplas, enquanto fazem pequenas alterações com base nas nuances dos dados.”

Simulações mais inteligentes para um universo mais rápido

Effort.jl pertence a uma classe de ferramentas conhecida como emuladores. Esses são atalhos computacionais treinados que replicam o comportamento de simulações grandes e que consomem muitos recursos, mas são executados muito mais rápido. Ao usar emuladores, os cientistas podem explorar muitos cenários cósmicos possíveis em uma fração do tempo e aplicar técnicas avançadas, como amostragem baseada em gradiente, para estudar modelos físicos complexos com maior eficiência.

“Conseguimos validar as previsões provenientes do Effort.jl, alinhando-as com as provenientes do EFTofLSS”, disse Bonici. “A margem de erro era pequena e nos mostrou que os cálculos provenientes do Effort.jl são fortes. O Effort.jl também pode lidar com peculiaridades observacionais, como distorções nos dados, e pode ser facilmente personalizado de acordo com as necessidades do pesquisador.”

A experiência humana ainda é importante

Apesar de suas capacidades impressionantes, Effort.jl não substitui a compreensão científica. Os cosmólogos ainda desempenham um papel vital no estabelecimento de parâmetros, na interpretação de resultados e na aplicação de insights físicos para garantir conclusões significativas. A combinação de conhecimento especializado e poder computacional é o que torna o sistema tão eficaz.

Olhando para o futuro, espera-se que o Effort.jl assuma conjuntos de dados cosmológicos ainda maiores e trabalhe junto com outras ferramentas analíticas. Os pesquisadores também veem potencial para seus métodos em áreas além da astrofísica, incluindo modelagem meteorológica e climática.

O artigo, “Effort.jl: um emulador rápido e diferenciável para a Teoria de Campo Efetivo da Estrutura em Grande Escala do Universo”, foi publicado no Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas.