První simulace Mléčné dráhy s více než 100 miliardami hvězd
Poprvé se výzkumníkům podařilo simulovat Mléčnou dráhu s více než 100 miliardami hvězd během deseti tisíc let. Tento model je nejpřesnější, jaký byl dosud vytvořen pro naši galaxii. Tento úspěch byl dosažen kombinací umělé inteligence (UI) a numerických simulací. Simulace nejenže představuje 100krát více hvězd než předchozí modely, ale byla také vytvořena více než 100krát rychleji.
Vedení a spolupráce
Studii vedl Keiya Hirashima z Centra RIKEN pro teoretické a interdisciplinární vědy (iTHEMS) v Japonsku ve spolupráci s kolegy z Tokijské univerzity a Univerzity v Barceloně ve Španělsku. Práce byla prezentována na mezinárodní konferenci superpočítačů SC ’25. Kromě astrofyziky může být tato metodologie použita k modelování dalších jevů, jako jsou změny klimatu a meteorologické vzorce.
Význam integrace UI
„Věřím, že integrace UI s vysoce výkonným výpočetním zpracováním představuje zásadní změnu v tom, jak přistupujeme k multiskalárním a multifyzikálním problémům v počítačových vědách,“ říká Hirashima. „Tento úspěch také ukazuje, že simulace urychlené UI mohou jít nad rámec rozpoznávání vzorců a stát se skutečným nástrojem pro vědecké objevování – pomáhají nám sledovat, jak prvky, které formovaly samotný život, vznikly v naší galaxii.“
Výzva simulace Mléčné dráhy
Simulace Mléčné dráhy byla běžným cílem astrofyziků k testování teorií galaktické formace, struktury a vývoje hvězd v porovnání s reálnými pozorováními. Je to složitý proces, protože vyžaduje data o gravitaci, dynamice tekutin, výbuších supernov a syntéze prvků – procesy, které se odehrávají na velmi odlišných prostorových a časových měřítkách.
Řešení výzvy
Aby překonali tento problém, tým vyvinul nový přístup, který kombinuje substituční model hlubokého učení se fyzikálními simulacemi. Model byl trénován na vysoce rozlišených simulacích supernovy a naučil se předpovídat, jak se okolní plyn expanduje během 100 tisíc let po výbuchu supernovy, aniž by používal další zdroje.
Tento zkrácený proces UI umožnil simulaci modelovat současně celkovou dynamiku galaxie, jakož i malé měřítkové jevy, jako jsou výbuchy supernov. Pro ověření výkonu simulace tým porovnal výsledky s velkými testy prováděnými na superpočítači Fugaku od RIKEN a superpočítačovém systému Miyabi Tokijské univerzity.
Budoucnost simulací
Tato metoda nejenže umožňuje rozlišení jednotlivých hvězd ve velkých galaxiích s více než 100 miliardami hvězd, ale také simulace jednoho milionu let trvala pouze asi tři hodiny. To znamená, že miliardu let by bylo možné simulovat za pouhých 115 dní, namísto 36 let.
Kromě astrofyziky by tento přístup mohl transformovat i další multiskalární simulace – jako je meteorologie a oceánografie – v nichž je třeba propojit procesy malého a velkého měřítka.
