La inteligencia artificial puede resolver el misterio sobre la energía y la materia oscura

La astronomía es una de las áreas que más datos tiene actualmente. La creciente cantidad de datos se debe a nuevos telescopios como James Webb y Vera Rubin. Además, los hardwares y el softwares siguen mejorando, permitiendo realizar simulaciones más detalladas de sistemas astronómicos.

Por un lado, la cantidad de datos es importante para análisis y conclusiones sobre el universo en el que vivimos. Por otro lado, cuantos más datos se procesan, más energía, procesamiento y almacenamiento se necesitan. La cantidad es tan grande que poco a poco se está convirtiendo en un problema dentro de la comunidad astronómica; cada vez son más necesarias nuevas herramientas y técnicas.

Un grupo de astrofísicos del University College de Londres utilizó técnicas de inteligencia artificial para simular el universo. Con su trabajo, el grupo pudo extraer información y patrones importantes para comprender cómo la energía y la materia oscuras afectan la evolución del universo. El uso de inteligencia artificial requirió menos procesamiento y almacenamiento.

Energía oscura

Aproximadamente el 70% de la composición del universo se encuentra en una forma llamada energía oscura. La naturaleza de la energía oscura aún se desconoce y sigue siendo una de las mayores interrogantes de la física. Actualmente, el mejor enfoque es utilizar la relatividad general para explicar los efectos de la energía oscura en el universo, pero se analizan otros modelos para comprenderlos mejor.

Aunque no conocemos la naturaleza de la energía oscura, es posible observar su efecto en el universo. Vemos que la energía oscura tiene un efecto opuesto al de la gravedad y que la expansión del universo está asociada a la energía oscura. Una de las principales observaciones corresponde a la aceleración con la que las galaxias distantes se alejan de nosotros.

Simulaciones cosmológicas

Una forma de comprobar si los modelos cosmológicos que utilizamos actualmente son correctos es mediante simulaciones cosmológicas. Estas simulaciones consideran ecuaciones que describen el universo como las ecuaciones de la relatividad general, con las que tanto la materia visible como la materia oscura se hacen evolucionar en el tiempo.

De esta manera es posible tener un análisis de cómo evolucionó el universo en función del tiempo. También es posible testar y comparar diferentes modelos con diferentes cantidades de materia. La desventaja es que estas simulaciones son computacionalmente costosas y muchas veces es necesario hacer aproximaciones para poder simularlas.

Uso de la inteligencia artificial en astronomía

Como la Astronomía tiene muchos datos y las simulaciones son cada vez más complejas, es necesario utilizar nuevas técnicas. Una técnica que ha llamado la atención es el uso de inteligencia artificial para analizar datos y crear predicciones. De esta forma es posible reducir el coste computacional e incluso la cantidad de datos almacenados.

Varias aplicaciones de la inteligencia artificial en astronomía se realizan a través de predicciones. Una de las aplicaciones más famosas es el uso de estos modelos para clasificar objetos astronómicos. Otras aplicaciones se encuentran precisamente dentro de la cosmología con simulaciones cosmológicas.

Simulando el universo con IA

Un grupo, liderado por el investigador Niall Jeffrey, utilizó datos recopilados por Dark Energy Survey, que estudia la distribución de la materia en todo el universo, para alimentar un modelo mediante aprendizaje automático (machine learning). La idea era que el modelo pudiera aprender de los datos y simular cómo evolucionan las galaxias y el universo, para así poder describir los efectos de la materia y la energía oscuras.

Utilizando este modelo de inteligencia artificial, el grupo pudo acelerar las simulaciones y ahorrar en almacenamiento. Según el equipo, para alcanzar una precisión similar a la encontrada por la inteligencia artificial sería necesario observar más de 300 millones de galaxias. El tiempo, sin el uso de la IA, también aumentaría considerablemente.

Respondiendo preguntas sobre la energía oscura

Con estas simulaciones es posible comprender cómo se separan las galaxias a medida que el universo evoluciona con el tiempo. Sabemos que las galaxias se están alejando por efecto de la energía oscura. Cuantificando y analizando la evolución es posible responder preguntas que aún permanecen sin respuesta.

Una de las preguntas más importantes es sobre la tasa de expansión asociada con la cantidad de energía oscura distribuida. Diferentes métodos de observación producen resultados diferentes. Encontrar un resultado más preciso es esencial para comenzar a comprender la naturaleza de la energía oscura.

Enlace al estudio:

N. Jeffrey, L. Whiteway, M. Gatti, J. Williamson, et al. Dark Energy Survey Year 3 results: likelihood-free, simulation-based wCDM inference with neural compression of weak-lensing map statistics. Cosmology and Nongalactic Astrophysics (2024).