Evrenin haritasını çıkarmak artık sadece gökyüzünü teleskoplarla gözlemlemek anlamına gelmiyor. Günümüzde gökbilimciler milyarlarca galaksiden gelen ışığı analiz ederek trilyonlarca veriyi işliyor.
Ancak bu veri bolluğu, DESI (Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrüman) ve Avrupa Uzay Ajansı'nın Öklid misyonu gibi dev kozmolojik projelerde hesaplama gücünün sınırlarına ulaştı.
Bu noktada Waterloo Üniversitesi'nden fizikçi Dr. Marco Bonici liderliğindeki uluslararası bir ekip, veri analizinde devrim yaratabilecek bir araç geliştirdi: Effort.jl.
BİN KAT HIZ
Effort.jl, kozmolojik simülasyonların davranışını taklit eden bir tür yapay zeka modeli olan bir “emülatördür”.
Ekip bu aracı, hız açısından C düzeyinde bir dil ve kullanım kolaylığı açısından Python olan Julia programlama diliyle geliştirdi.
Araştırmacıların Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) dergisinde yayınlanan makalesine göre Effort.jl, hesaplamaları geleneksel yöntemlere göre yaklaşık bin kat daha hızlı gerçekleştirebiliyor. Ve neredeyse mükemmel bir hassasiyetle.
Tipik olarak evrenin büyük ölçekli yapısını modelleyen EFTofLSS hesaplamaları, her olasılık değerlendirmesi için saniyeler ila dakikalar sürebilir. Bu tür analizlerde milyonlarca hesaplamaya ihtiyaç duyulduğundan, süper bilgisayarlarda bile günler, hatta haftalar sürebilir.
Bu sürecin daha yavaş adımlarını bir sinir ağıyla değiştiren Effort.jl, sonuçları saniyeler yerine mikrosaniyeler içinde sunabiliyor.
YAPAY ZEKA VE BİLİMSEL DOĞRULUK HIZI
Effort.jl, galaksilerin evrende nasıl kümelendiğini gösteren galaksilerin güç spektrumunu simüle eder. Bu, evrenin istatistiksel “parmak izi” olarak kabul edilir.
Araç, fizik tabanlı ön işlemeyi yapay zekayla birleştiriyor. Bu sayede fiziksel olarak yorumlanabilmekte ve son derece hızlı sonuçlar üretilebilmektedir.
Ekip, hesaplamaları tek bir işlemci çekirdeğinde 15 mikrosaniyede gerçekleştirebildiğini ve bir dizüstü bilgisayarda yaklaşık 10 dakikada tam bir Bayesian analizi gerçekleştirebildiğini iddia ediyor. Aynı süreç, geleneksel yazılımlara sahip süper bilgisayar kümelerinde de saatler sürüyor.
Araştırmacılar Effort.jl'yi hem PT-Challenge adı verilen yüksek hassasiyetli sahte evren simülasyonları hem de BOSS (Baryon Salınım Spektroskopik Araştırması) adı verilen gerçek gözlem verileri üzerinde test etti.
Sonuçlar istatistiksel olarak mevcut standart yazılım Pybird kadar doğruydu ancak çok daha kısa sürede tamamlandı.
Ekip ayrıca bazı karmaşık denklemleri sembolik regresyon kullanarak insanların okuyabileceği forma dönüştürdü. Bu, bazı hesaplamaların süresini 150 mikrosaniyeden 200 nanosaniyeye düşürdü.
YENİ KOZMOLOJİ ÇAĞINA ADAPTASYON
DESI'nin milyonlarca galaksiyi haritalandırdığı ve Öklid'in evrenin ilk haritalarını uzaydan gönderdiği günümüzde, asıl zorluk artık veri toplamak değil, onu işlemektir.
Effort.jl bu anlamda bir dönüm noktasını temsil edebilir. Cihaz sayesinde karanlık enerjiyle ilgili teorileri test etmek, evrenin genişleme hızını ve karanlık maddenin dağılımını daha kesin bir şekilde ölçmek ve galaksi kümeleri ile kozmik mikrodalga arka planını tek bir analizde birleştirmek mümkün oluyor.
AÇIK BİLİM
Effort.jl, GitHub'da açık kaynak (MIT lisansı) olarak yayınlandı. Kod, dokümantasyon ve örnek veri kümeleri araştırmacıların kullanımına sunuldu.
Ekip, bu adımla yalnızca kozmolojide değil aynı zamanda plazma fiziği, kuantum malzemeleri, iklim modelleme ve tıbbi görüntüleme gibi diğer alanlarda da karmaşık sistemleri daha hızlı ve şeffaf bir şekilde modellemeyi hedefliyor.