科学者のグループは、宇宙論を研究するための根本的に新しい方法に出くわした可能性があります。
宇宙学者は通常、宇宙のできるだけ多くの部分を観察することによって、宇宙の組成を決定します。 しかし、これらの研究者は、機械学習アルゴリズムが単一のモデル化された銀河を精査し、それが存在するデジタル宇宙の全体的な構成を予測できることを発見しました。これは、顕微鏡でランダムな砂粒を分析してユーラシアの質量を決定するのと同様です。 機械は、将来、天文学者が基本的なビルディングブロックを研究するだけで、実際の宇宙について大規模な推論を行うことを可能にするパターンを発見したようです.
「これはまったく異なる考えです。 何百万もの銀河を測定する代わりに、 つだけを取得できます。 それが機能するのは驚くべきことです」と、ニューヨークのフラットアイアン研究所の理論天体物理学者であり、論文の筆頭著者であるフランシスコ ビジャエスクザ ナバロは述べています。
これは起こるべきではありませんでした。 この驚くべき発見は、Vilaescuza-Navarro がプリンストン大学の学生である Jupiter Dean に与えた演習から生まれました。それは、銀河の特性を考慮して、いくつかの宇宙論的属性を推定できるニューラル ネットワークを構築することでした。 課題は、ディーンに機械学習を紹介することだけでした。 その後、彼らはコンピューターが物質の総密度を計算していることに気づきました。 「学生は間違いを犯したと思った」とビジャエスクサ・ナバロは語った。 「正直に言うと、信じるのは少し難しかったです。」
研究者は、機械学習モデリングによる宇宙論と天体物理学 (CAMELS) プロジェクトの一環として作成された 2000 のデジタル ユニバースを分析しました。 これらの宇宙の組成は 10% から 50% の物質で変化し、残りは暗黒エネルギーであり、これが宇宙をますます速く膨張させています (私たちの実際の宇宙は、約 分の が暗黒物質と可視物質であり、 分の が暗黒エネルギーです)。 . シミュレーションが進むにつれて、暗黒物質と可視物質が合体して銀河になりました。 シミュレーションには、超新星や超大質量ブラックホールからの噴出物などの複雑な現象の大まかな扱いも含まれていました。
Dean のニューラル ネットワークは、これらのさまざまなデジタル ユニバースでシミュレーションされた 1 万近くの銀河を研究しました。 神のような視点から、彼は各銀河のサイズ、組成、質量、およびその他の十数個の特徴を知っていました。 彼は、この数字のリストを親宇宙の物質の密度に関連付けようとしました。
成功しました。 ニューラルネットワークは、これまで探査されたことのない数十の宇宙からの数千の新しい銀河でテストされたとき、10% の精度で宇宙物質の密度を予測することができました。 「どの銀河を見ているかは問題ではありません。これが可能になるとは誰も考えていませんでした」とビジャエスクサ・ナバロは言いました。
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銀河は本質的に混沌とした物体であるため、アルゴリズムのパフォーマンスは研究者を驚かせました。 一度に形成されるものもあれば、隣人を食べて成長するものもあります。 巨大銀河はその物質を保持する傾向がありますが、矮小銀河の超新星やブラックホールは目に見える物質のほとんどを放出することができます.
つの解釈は、「宇宙および/または銀河は、私たちが想像していたよりもはるかに単純である」というものです。 チームは か月を費やして、ニューラル ネットワークがいかに賢くなったかを理解しようとしました。 彼らは、アルゴリズムが、銀河自体からではなく、シミュレーション コードから密度を導き出す何らかの方法を見つけただけではないことを確認しました。 一連の実験を通じて、研究者はアルゴリズムが宇宙密度をどのように決定するかを理解しました。 ネットワークを繰り返し再訓練し、さまざまな銀河の特性を体系的に隠して、最も重要な属性に焦点を当てました。
ニューラル ネットワークは、約 17 の銀河の特性と物質の密度との間のはるかに正確で複雑な関係を明らかにしました。 このつながりは、銀河の合体、星の爆発、ブラック ホールの噴火にもかかわらず存続します。
この研究は、理論的には、天の川とおそらく他のいくつかの近くの銀河の包括的な研究により、私たちの宇宙の物質の非常に正確な測定が可能になることを示唆しています. このような実験は、宇宙の 種類のニュートリノの未知の質量の合計など、他の数の宇宙的重要性への手がかりを提供する可能性があると、Villaescuz-Navarro 氏は述べています。
研究者 ニューラル ネットワークが つの独立したシミュレーションの乱雑な銀河のパターンを見つけることができたことを喜ばしく思います。 デジタルの発見は、現実の宇宙が大小の宇宙と同様のつながりを持っている可能性を高めています。
これはとても良いことです。 宇宙全体とつの銀河の間の接続を確立します。
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