Inteligencia artificial descubre nueva ecuación sobre cúmulos de galaxias
Un grupo de investigadores de Nueva York utilizó técnicas de inteligencia artificial para encontrar una ecuación que calcule la masa de los cúmulos de galaxias. La técnica emplea una serie de iteraciones para encontrar una ecuación que calcule la propiedad.
Calcular las propiedades de los objetos que están extremadamente distantes de nosotros es un desafío en Astronomía. El desafío ha sido abordado por varios astrónomos y astrofísicos durante siglos, pero a pesar de los buenos enfoques para resolverlo, siempre hay una desventaja en las soluciones propuestas.
Uno de los retos es precisamente calcular la masa de la materia oscura que sabemos está presente en todas las galaxias y cúmulos. La materia oscura es un tipo de fenómeno que interactúa solo gravitatoriamente con la materia visible, es decir, tiene una masa asociada.
Para solucionar este problema, un grupo de investigadores del Instituto de Estudios Avanzados y del Instituto Flatiron decidió utilizar técnicas de inteligencia artificial para encontrar una forma de calcular la masa de los cúmulos de galaxias.
El misterio de los cúmulos de galaxias
Los cúmulos de galaxias son estructuras presentes en el Universo que consisten en varias galaxias conectadas gravitacionalmente entre sí.
Por el número de galaxias, hay varias propiedades en un cúmulo que son de interés para el estudio de la Astronomía.
Es posible entender más sobre la materia oscura en un cúmulo, ya que juega un papel relevante en la interacción gravitatoria de una galaxia con otra. Es posible calcular la cantidad, es decir, la masa, de materia oscura en un cúmulo a través de lentes gravitacionales.
Sin embargo, debido a que no podemos observar directamente la materia oscura, las medidas se vuelven imprecisas y son necesarios algunos ajustes, que no siempre dan los mejores resultados.
¿Cómo calcular la masa de un cúmulo de galaxias?
Cuando la gravedad presiona sobre la materia, los electrones tienen un efecto opuesto que es como la presión, la presión de los electrones. Esta presión interfiere con la forma en que los electrones interactúan con los fotones que los atraviesan.
Pero la luz puede dispersarse y no podemos acceder a la cantidad real de luz emitida por esa interacción. Es necesario crear aproximaciones para lograr un resultado cercano al real. Aun así, las barras de error son altas y es un problema para los astrofísicos y astrónomos.
Usando inteligencia artificial para desentrañar cúmulos de galaxias
En un estudio publicado en Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, un grupo de Nueva York propuso utilizar inteligencia artificial para medir la masa de los cúmulos. La idea es alimentar simulaciones cosmológicas con presencia de cúmulos a una inteligencia artificial capaz de recrear ecuaciones a través de observaciones.
La técnica utilizada se llama regresión simbólica, la herramienta utiliza varios operadores matemáticos para modelar lo que observa. En este caso, los investigadores se centraron en que la inteligencia artificial fuera capaz de calcular la masa a través de las observaciones que se le dieran.
In our new PNAS paper, we use machine learning to discover novel equations for deriving masses of clusters of galaxies from observational quantities! (1/10)https://t.co/WXARcecsX8
— Jay Wadekar (@JayWadekar1) March 23, 2023
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La técnica devolvió una nueva ecuación que podía calcular la masa de un cúmulo con mayor precisión que la ecuación anterior. La nueva ecuación se basa en una vieja ecuación con nuevos parámetros encontrados por inteligencia artificial.
¿Por qué la inteligencia artificial encontró parámetros que los humanos no ven?
El método más utilizado a la hora de crear una inteligencia artificial en la actualidad es el aprendizaje automático. El aprendizaje automático imita la forma en que los humanos aprenden, es decir, a través de patrones. Podemos diferenciar a un perro de un gato, porque desde que nace nuestro cerebro recibe observaciones y encuentra patrones para reconocer qué es un gato.
El aprendizaje automático imita esto al mirar los datos. Cuando vamos a fenómenos complejos, como cúmulos de galaxias, es posible que no logremos observar algo allí que es esencial para el cálculo de la masa.
Si bien los humanos solo pueden ver una cantidad selecta de datos, la inteligencia artificial es poderosa y puede ver miles o millones en unas pocas horas. También ayuda a reconocer patrones mejor que nosotros.
Este estudio es uno de los ejemplos de cómo la inteligencia artificial está haciendo avanzar la Ciencia, especialmente la Astronomía, y haciendo posible encontrar cosas que estaban todo el tiempo frente a nosotros, pero que nunca logramos ver.