Desi: intel·ligència artificial amb 5.000 ulls per desbloquejar els secrets de l'energia fosca

Clic per engrandir. Una vista del telescopi utilitzat per a la missió Desi. Crèdit: 2018
Dark Energy Spectroscopic Instrument.

L’expansió accelerada del cosmos observable és innegable, però encara no està clar què el provoca. Si es tracta d’energia fosca, determinar la seva naturalesa és un dels majors desafiaments de l’astrofísica moderna. Per afrontar aquest repte, els investigadors reben ajuda de la IA (Inteligencia Artificial) com a part d’un programa d’observació i cartografia del cosmos que té previst observar uns 35 milions de galàxies durant milers de milions d’anys.

Des de finals de la dècada de 1990 sabem que l’Univers observable s’ha expandit accelerat durant uns quants milions d’anys, mentre que el model cosmològic vigent abans d’aquest final de mil·lenni implicava que aquesta expansió s’havia desaccelerat durant uns 13.000 a 14.000 milions d’anys. Entre els supòsits que expliquen aquesta acceleració s'expressa en les equacions del camp de gravitació d'Einstein per la presència d'un terme anomenat constant cosmològica, hi ha que aquest terme expressa la presència d'una energia de densitat exòtica anomenada energia fosca. (La constant d'Einstein pot ser que no sigui nul·la sense energia fosca, però simplement assumint que no es pot tractar el cosmos observable com a homogeni a una escala prou gran com es pot fer per a l'aigua, tot i que està compost de molècules).

Realment ningú no sap quin seria l’origen de l’energia fosca. Generalment es consideren dues teories principals, la de l’energia quàntica del buit i l’existència d’un nou camp de partícules similars al bosó Brout-Englert-Higgs. A diferència de la primera teoria on l’energia fosca no pot canviar ni en el temps ni en l’espai perquè en ser una manifestació de les fluctuacions quàntiques dels camps sota el control de les famoses desigualtats de Heisenberg, la densitat energètica d’aquest nou camp, anomenat camp per excel·lència en memòria d’ Aristòtil, pot variar en l’espai i el temps.

Com desvetllar els secrets de l’energia fosca? Podeu triar l'idioma de subtitulaci
a la configuració del vídeo. Crèdit: Berkeley Lab

L’energia fosca, la clau del destí de l’Univers?

Si aquest és el cas, no coneixerem el destí final del cosmos fins que no coneguem la naturalesa precisa de la quinta essència. De fet, repulsiu i, per tant, que condueixi a una acceleració de l'expansió, podria esdevenir atractiu i provocar en un futur determinable un col·lapse de l'Univers observable que potser (de nou?) Podria provocar un rebot amb un nou Big Bang.

Per comprovar totes aquestes hipòtesis, és necessari poder mesurar amb una precisió suficient, i durant un període d'almenys 12.000 milions d'anys, els valors de la velocitat d'expansió del cosmos observable, i això és el que els astrofísics i cosmòlegs s'han compromès a fer amb diversos projectes, inclosa la missió internacional Desi (Sigles en anglés de Dark Energy Spectroscopic Instrument-Instrument Espectroscòpic per l'Energia Fosca), liderada per la Universitat de Berkeley a Califòrnia i que reuneix a 600 investigadors, inclosos els de CEA-Irfu, molt implicats a diferents nivells.

El CEA també acaba d’anunciar, mitjançant un comunicat de premsa, que el 17 de maig de 2021 el telescopi Desi de quatre metres instal·lat a Kitt Peak (Arizona) havia començat la seva recerca dels secrets de l’energia fosca i que les dades col·leccionarà sobre els espectres d'aproximadament 35 milions de galàxies de la volta celestial serien estudiades amb l'ajut de la intel·ligència artificial (IA).

Podeu triat l'idioma de la subtitulació a la configuració del vídeo. L'instrument
espectroscòpic d'energia fosca Desi (Irfu, CEA) va veure la seva
"primera llum" fa temps. Permetrà als investigadors qüestionar l’evolució de
l’Univers i confrontar-lo amb la realitat del model estàndard de cosmologia. Aquest
últim suposa l’existència d’un component desconegut i mai observat directament
que els investigadors anomenen “energia fosca”. Crèdit: CEA Sciences.

Aquests 35 milions de galàxies van ser seleccionats d'entre 200.000 imatges de 1.405 nits d'observacions de la volta celeste i d'una població d'aproximadament dos mil milions d'objectes. La tasca, òbviament, requeria l’ajut de la IA que funcionava sobre la base de criteris que li permetien anar a la recerca de galàxies que va ordenar en quatre tipus que corresponen a diferents èpoques de la història del cosmos observable, entre 12 i 4.000 milions d’anys.

Una acceleració de l'expansió mesurada amb un error inferior al 1%

L’objectiu principal és mesurar amb una precisió inferior al 1% la variació en el temps de la velocitat d’expansió de l’Univers observable, variació que depèn de la naturalesa física de la causa de l’acceleració recent d’aquesta expansió. Un dels ingredients per aconseguir-ho consisteix a mesurar el desplaçament espectral cap al vermell de cadascuna de les 35 milions de galàxies per combinar-lo en particular amb la forma en què aquestes galàxies es distribueixen en 3D en el volum d’espai observat i, per tant, durant un període fa poc menys de 10.000 milions d’anys.

Per fer-ho, Desi organitzarà automàticament i successivament paquets de 5.000 fibres òptiques a la pantalla formant les imatges d’aquestes galàxies. Cada fibra associada a una galàxia, conduirà la llum rebuda cap a un dels 10 espectrògrafs instal·lats al telescopi.

Es preveu que la tasca duri uns cinc anys i, per tant, els milions d’espectres recopilats s’analitzaran amb algoritmes d’aprenentatge profund com els que s’utilitzen en els detectors del LHC per identificar i mesurar esdeveniments rars al diluvi de partícules produïdes per les col·lisions de protons.

Per tant, podem esperar que d’aquí a uns anys i gràcies a la intel·ligència artificial sabrem més sobre la naturalesa de l’energia fosca i potser sobre l’origen i el destí del cosmos.

Ho he vist aquí.