Supercomputador para quê? Astrônomos querem mapear universo em minutos com laptop comum

Normalmente, pesquisadores constroem os chamados modelos teóricos, que descrevem estatisticamente o vasto mapa cósmico. Esses modelos, como a Teoria de Campo Efetiva da Estrutura em Grande Escala (EFTofLSS), podem estipular a distribuição das galáxias ao trabalhar com escalas gigantes e desconsiderando dinâmicas de escalas menores. Basicamente, o que ele faz é estimar, com base na parte do Universo que conseguimos observar, os padrões que podem existir em áreas inacessíveis a humanos.

Mesmo assim, a tarefa de criar um “esqueleto 3D” de tudo o que conhecemos do Universo não é simples, já que exige muito tempo e recursos computacionais potententes. Foi pensando nisso que uma equipe internacional criou uma solução para contornar o problema: o emulador Effort.jl.

“Imagine querer estudar o conteúdo de um copo de água no nível de seus componentes microscópicos: (...) em teoria, é possível. Mas se quisermos descrever em detalhe o que acontece quando a água se move, o crescimento explosivo nos cálculos torna isso praticamente impossível”, diz Marco Bonici, pesquisador da Universidade de Waterloo, em comunicado.

A partir dessa analogia da água com o Universo, o cientista explica sobre como os modelos teóricos tornam possível calcular “o movimento do fluído no copo”, uma grande quantidade de dados, esses, por sua vez, obtidos através dos emuladores.

Emuladores são uma forma de colocar as previsões de modelos teóricos em prática diante do crescimento exponencial de dados astronômicos. Baseados em redes neurais treinadas a partir dos modelos teóricos, os emuladores imitam o funcionamento deles, mas de forma mais rápida e sem tantos recursos de processamento.

No caso do Effort.jl, testes mostraram que ele forneceu a mesma exatidão que o EFTofLSS em poucos minutos.

Pelo aprendizado com a base de dados do modelo, o programa generaliza combinações de parâmetros ainda não vistos. Ou seja, ele não “entende” a física por trás dos cálculos, apenas reconhece bem padrões a ponto de produzir uma previsão compatível com a que o modelo tradicional geraria. E é esse "pulo do gato" que permite que ele funcione em computadores mais simples.

Apesar de vários emuladores terem essas propriedades, o Effort.jl se diferencia ao simplificar ainda mais a etapa de processamento por considerar mudanças nas previsões quando os parâmetros astronômicos se modificam.

Isso quer dizer que, desde o início, o emulador pode aprender com menos exemplos, pois já possui em seu algoritmo a noção de variação. O poder computacional exigido é menor, permitindo que o programa rode em máquinas menores.

O estudo, além de apresentar o projeto inovador, validou a capacidade preditiva do emulador através de dados astronômicos simulados e reais, indicando que ele está em sincronia com as respostas geradas pelo EFTofLSS. Resta esperar para saber quando poderemos mergulhar nos confins do Universo pelos nossos próprios computadores.