Spazio

Lenti gravitazionali, intelligenza artificiale e materia oscura

La gravità degli ammassi stellari, la distribuzione della materia oscura, le distorsioni dello spazio-tempo... Per interpretare le osservazioni e fare previsioni si usano reti neurali artificiali.

La materia piega lo spazio-tempo. Questo, di per sé, non è un male: questa deformazione del tessuto dell'universo è ciò che chiamiamo gravità. Se la materia è molto, molto concentrata (come nel caso di buchi neri o interi ammassi di galassie), piega lo spazio talmente tanto da curvare anche la traiettoria della luce che lo attraversa, un fenomeno che adesso chiamiamo lente gravitazionale.

L'effetto, per noi, è che se guardiamo in quella direzione (con lo strumento giusto, è naturale), dietro e attorno alla zona di spazio deformato vediamo uno sfondo che non corrisponde alla realtà, ma è - anch'esso - una deformazione, un'illusione che mostra a volte strane figure nello spazio.

Curiosità a parte, è un "semplice" fenomeno ottico: semplice è tra virgolette perché bisogna pensare a forze gravitazionali e dimensioni poderose, perché il paragone con l'ottica e le lenti di ingrandimento è solo un'utile semplificazione (una analogia) e perché è stato ipotizzato per la prima volta nel 1913, da Einstein, e faticosamente confermato in sessant'anni osservazioni, tra il 1919 e il 1980.

Grandi masse, grandi calcoli. Grazie alle lenti gravitazionali siamo riusciti a vedere galassie e supernove lontanissime e altrimenti invisibili. C'è tuttavia il problema di interpretare la deformazione: di quelle lenti nello Spazio non conosciamo le "caratteristiche tecniche", com'è invece per una lente di ingrandimento. Come ricostruire l'immagine "vera"?

Ci sono «esperti che per settimane lavorano a simulazioni lunghe e complesse», spiega Laurence Perreault Levasseur, dell'Università di Stanford (California): «un lavoro che una rete neurale può fare quasi in una frazione di secondo».

Curiosità: capricci a colori di una rete neurale. © Shutterstock

Bambino prodigio. Levasseur e colleghi hanno creato e istruito una rete neurale artificiale (un modello matematico che si ispira a una rete neurale biologica) "mostrandole" ogni giorno quasi mezzo milione simulazioni di lenti gravitazionali, mettendo i calcoli a confronto con dati reali noti.

Il sistema è stato infine in grado di analizzare e interpretare correttamente le distorsioni, 10 milioni di volte più velocemente di quanto è possibile con il metodo classico.

Per approfondire: 10 cose che tutti dovrebbero sapere sulla materia oscura. © American Museum of Natural History

Il sistema può adesso calcolare sia com'è distribuita la massa nell'oggetto che deforma lo spaziotempo, sia quanto e come viene deformato l'oggetto alle sue spalle: «Semplificando, possiamo dire che questo tipo di intelligenza artificiale "apprende" le caratteristiche da cercare e isolare», commenta Phil Marshall, coautore dello studio, «è un po' come quando i bambini piccoli imparano a riconoscere le cose. Non dite loro che cos'è un cane, glielo mostrate».

Lenti dai mille usi. Le lenti gravitazionali non sono solo un modo per osservare dettagli lontanissimi (e quindi antichissimi) dell'Universo, ma anche un ottimo indicatore della quantità massa che genera la distorsione.

In base alla distorsione possiamo calcolare la massa di un ammasso di galassie e vedere anche come cambia nel tempo. Uno fra gli indizi dell'esistenza della materia oscura (materia che ha massa, deforma lo spazio-tempo, ma non si vede a nessuna lunghezza d'onda) viene proprio dalle misure di massa delle galassie che creano lenti gravitazionali.

9 settembre 2017 Davide Lizzani
Ora in Edicola
Scopri il mondo Focus. Ogni mese in edicola potrai scegliere la rivista che più di appassiona. Focus il magazine di divulgazione scientifica più letto in Italia, Focus Storia per conoscere la storia in modo nuovo ed avvincente e Focus Domande & Risposte per chi ama l'intrattenimento curioso e intelligente.

L’incredibile vita di Guglielmo Marconi, lo scienziato-imprenditore al quale dobbiamo Gps, Wi-Fi, Internet, telefonia mobile… Per i 150 anni della sua nascita, lo ricordiamo seguendolo nelle sue invenzioni ma anche attraverso i ricordi dei suoi eredi. E ancora: come ci si separava quando non c’era il divorzio; il massacro dei Tutsi da parte degli Hutu nel 1994; Marco De Paolis, il magistrato che per 15 anni ha indagato sui crimini dei nazisti; tutte le volte che le monarchie si sono salvate grazie alla reggenza.

ABBONATI A 29,90€

Nutritivo, dinamico, protettivo: il latte materno è un alimento speciale. E non solo quello umano. Molti mammiferi producono latte, con caratteristiche nutrizionali e di digeribilità diverse. Ma qual è il percorso evolutivo che ha portato alla caratteristica più "mammifera" di tutte? Inoltre, ICub è stato testato per interagire con bambini autistici; quali sono i rimedi tecnologi allo studio per disinnescare il pericolo di alluvioni; all’Irbim di Messina si studia come ripulire il mare dagli idrocarburi; la ricerca delle velocità più estreme per raggiungere lo spazio e per colpire in guerra; il cinguettio degli uccelli e ai suoi molteplici significati.

ABBONATI A 31,90€
Follow us