Artık evreni haritalamak yalnızca teleskoplarla gökyüzüne bakmakla sınırlı değil. Günümüzde astronomlar, milyarlarca galaksiden gelen ışığı analiz ederek trilyonlarca veri noktasını işleme sürecindeler.
Fakat bu veri zenginliği, DESI (Karanlık Enerji Spektroskopik Aracı) ve Avrupa Uzay Ajansı’nın Euclid misyonu gibi büyük kozmolojik projelerde hesaplama gücünün sınırlarını zorlamaktadır.
Bu aşamada, Waterloo Üniversitesi’nden Dr. Marco Bonici’nin liderlik ettiği uluslararası bir ekip, veri analizi alanında devrim yaratabilecek yeni bir araç geliştirmiştir: Effort.jl.
BİN KAT HIZ
Effort.jl, kozmolojik simülasyonların davranışını taklit eden yapay zeka temelli bir emülatördür.
Ekip, bu aracı Julia programlama dili ile geliştirmiştir. Bu dil, hız açısından C seviyesinde performans sunarken, kullanım açısından Python ile benzerlik taşımaktadır.
Araştırmacıların Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) dergisinde yayımladıkları makaleye göre, Effort.jl, geleneksel yöntemlerden yaklaşık bin kat daha hızlı hesaplamalar yapabilmektedir. Üstelik neredeyse kusursuz doğrulukla sonuç vermektedir.
Normalde, evrenin büyük ölçekli yapısını modelleyen EFTofLSS hesaplamaları her olasılık değerlendirmesi için saniyelerden dakikalarca süre alabilmektedir. Bu tür analizlerde milyonlarca hesaplama gereksinimi olduğu için süper bilgisayarlarla bile günler hatta haftalar sürebilmektedir.
Effort.jl, en yavaş aşamaları sinir ağı ile değiştirerek hesaplama süresini saniyeler yerine mikrosaniyelere indirmektedir.
YAPAY ZEKA HIZI VE BİLİMSEL DOĞRULUK
Effort.jl, galaksilerin evrende nasıl kümelendiğini gösteren galaksi güç spektrumunu simüle etmektedir. Bu spektrum, evrenin istatistiksel “parmak izi” olarak değerlendirilir.
Araç, fizik temelli ön işlemleri yapay zeka ile birleştirerek hem fiziksel olarak yorumlanabilir hem de aşırı hızlı sonuçlar üretebilir hale getirilmiştir.
Ekip, tek bir işlemci çekirdeğinde 15 mikrosaniye içinde hesaplama yapabildiğini, dizüstü bilgisayarda yaklaşık 10 dakikada tam Bayesian analizine ulaşabildiğini belirtmektedir. Aynı işlem, geleneksel yazılımlar kullanılarak super bilgisayar kümelerinde saatler sürmektedir.
Araştırmacılar, Effort.jl’yi PT-Challenge adlı yüksek hassasiyetli sahte evren simülasyonlarında ve BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) adlı gerçek gözlem verilerinde test etmiştir.
Elde edilen sonuçlar, mevcut standart yazılım olan pybird ile istatistiksel açıdan aynı doğrulukta çıkmakla birlikte, çok daha kısa sürelerde tamamlanmıştır.
Ekip ayrıca sembolik regresyon kullanarak bazı karmaşık denklemleri insan tarafından okunabilir hale dönüştürmüştür. Bu da bazı hesaplamaların süresini 150 mikrosaniyeden 200 nanosaniyeye indirmiştir.
KOZMOLOJİDE YENİ ÇAĞA UYUM
DESI’nin milyonlarca galaksiyi haritaladığı ve Euclid’in uzaydan ilk evren haritalarını gönderdiği günümüzde, asıl zorluk veri toplamak değil, veriyi işlemek haline gelmiştir.
Effort.jl bu açıdan önemli bir dönüm noktası oluşturma potansiyeline sahiptir. Aracın kullanımı sayesinde karanlık enerji teorileri test edilebilecek, evrenin genişleme hızı ve karanlık maddenin dağılımı daha hassas bir biçimde ölçülebilecek, ayrıca galaksi kümelenmeleri ile kozmik mikrodalga arka planı tek bir analizde birleştirilebilecektir.
AÇIK BİLİM
Effort.jl, GitHub üzerinde açık kaynak (MIT lisansı) olarak yayımlanmıştır. Araştırmacılara, kod, belgeler ve örnek veri setleri sunulmuştur.
Ekip, bu çalışmayla yalnızca kozmoloji alanında değil, plazma fiziği, kuantum malzemeler, iklim modellemesi ve tıp görüntüleme gibi diğer disiplinlerde de karmaşık sistemlerin daha hızlı ve şeffaf bir şekilde modellenmesini hedeflemektedir.
