На протяжении десятилетий астрофизики мечтали создать модель Млечного Пути, достаточно детальную для отслеживания каждой звезды. Такие симуляции позволили бы напрямую сравнивать теории галактической эволюции с данными наблюдений. Однако точное моделирование галактики требует расчета гравитации, поведения газов, формирования химических элементов и активности сверхновых в огромных масштабах времени и пространства.
До сих пор ученые не могли смоделировать галактику размером с Млечный Путь, сохраняя детализацию на уровне отдельных звезд. Современные симуляции представляют системы с массой около миллиарда солнц — это слишком мало на фоне более чем 100 миллиардов звезд нашей галактики. В результате мельчайшая «частица» в таких моделях обычно представляет группу примерно из 100 звезд, что усредняет поведение и ограничивает точность.
Проблема связана с временными интервалами между вычислительными шагами: чтобы отразить быстрые события вроде взрывов сверхновых, симуляция должна продвигаться крошечными временными отрезками. Даже с лучшими физическими моделями симуляция Млечного Пути звезда за звездой потребовала бы около 315 часов на каждый миллион лет галактической эволюции. То есть, для моделирования миллиарда лет понадобилось бы более 36 лет реального времени.
Команда ученых из Центра междисциплинарных теоретических и математических наук RIKEN совместно с коллегами из Токийского университета и Университета Барселоны под руководством Кейи Хирасимы разработала метод, который содинил в себе модель глубокого обучения со стандартными физическими симуляциями. Искусственный интеллект был обучен на высокоразрешенных симуляциях сверхновых и научился предсказывать распространение газа в течение 100 тысяч лет после взрыва без дополнительной нагрузки на основную симуляцию. Это позволило охватить общее поведение галактики, сохраняя детали отдельных сверхновых.
Новый метод обеспечивает истинное разрешение на уровне отдельных звезд для галактик с более чем 100 миллиардами звезд. Симуляция миллиона лет теперь занимает всего 2,78 часа, а миллиард лет можно завершить примерно за 115 дней вместо 36 лет.
«Я считаю, что интеграция ИИ с высокопроизводительными вычислениями знаменует фундаментальный сдвиг в том, как мы решаем мультимасштабные мультифизические проблемы в вычислительных науках», — говорит Хирасима. «Симуляции с ускорением ИИ могут выйти за рамки распознавания образов и стать настоящим инструментом научных открытий, который будет помогать ученым отслеживать, как возникли элементы, сформировавшие саму жизнь в нашей галактике».
Ранее ученые обнаружили, что в центре Млечного Пути скрывается прямоугольный объект.
