Астрофізики вперше змоделювали еволюцію Чумацького Шляху з точністю до окремих зір

Дослідники вперше створили повномасштабну модель Чумацького Шляху, у якій змоделювали еволюцію усіх 100 мільярдів зір за проміжок у 10 тисяч років. Цього вдалося досягти завдяки поєднанню високоточних фізичних моделей та машинного навчання, яке дозволило вченим відтворити як глобальну динаміку галактики, так і швидкоплинні процеси на рівні окремих зір, включно з надновими. Запропонована підсилена штучним інтелектом модель суттєво скорочує час на обчислення та відкриває шлях до моделювання складних багатомасштабних систем в астрофізиці та суміжних галузях. Результати дослідження представили на конференції Асоціації обчислювальних машин.

Модель розподілу газу в диску галактики після вибуху наднової (зліва — вигляд згори, справа — вигляд збоку). RIKEN

Як вдалося створити «цифрового двійника» Чумацького Шляху?

Попередні галактичні симуляції були обмежені тим, що працювати лише з «усередненими» частинками, кожна з яких представляла сотні зір. Це унеможливлювало дослідження поведінки одиничних об’єктів та їхнього впливу на міжзоряне середовище.

Учені під керівництвом Кейя Хірашими з Центру міждисциплінарних теоретичних і математичних наук RIKEN поєднали класичні фізичні моделі з методами штучного інтелекту і створили сурогатну модель, навчену на симуляціях наднових із високою роздільною здатністю. Така модель дозволила точно передбачати розширення газу протягом 100 тисяч років після вибуху, не потребуючи надкоротких часових кроків, які раніше робили обчислення надзвичайно ресурсомісткими. Це скоротило час обчислень із 36 років до 115 днів при підтвердженій точності на суперкомп’ютерах Fugaku та Miyabi.

Таке рішення відкриває нові можливості для дослідження процесів формування та еволюції галактик, дозволяє вивчати вплив наднових на міжзоряне середовище та демонструє, як поєднання глибокого навчання з класичною фізикою може ефективно розв’язувати проблеми багатомасштабного моделювання в астрофізиці. Подібна методологія може бути застосована також у кліматології, океанографії та моделюванні інших систем, що охоплюють величезні просторові та часові масштаби.

Що ще дізнаються з космічних моделей

🍄 Щоб змоделювати структуру космічної павутини — тяжів темної матерії між галактиками — науковці використали подібні на гриби організми, слизовики.

🌌 Завдяки Дуже великому телескопу в Чилі астрономи створили найдетальнішу мапу галактики Скульптор на відстані 11 мільйонів світлових років від Землі.

🗺 Наймасштабніша тривимірна карта Всесвіту допомогла підтвердити загальну теорію відносності Ейнштейна.

🪐 А вже застосування теорії відносності показало, що екзопланети на орбітах поблизу білих карликів можуть бути більш придатними до життя, ніж вважали досі.