Cercetătorii au anunțat realizarea primei simulări complete a Căii Lactee care reușește să modeleze peste 100 de miliarde de stele individuale, un progres considerat imposibil până de curând.
Folosind, de altfel, o tehnică inovatoare bazată pe inteligență artificială și pe metode numerice avansate, echipe din Japonia, Spania și Japonia au obținut o viteză și o precizie fără precedent, cu potențial de aplicare în numeroase domenii științifice.
Proiectul este coordonat de Keiya Hirashima, cercetător la Centrul RIKEN pentru Științe Teoretice și Matematice Interdisciplinare (iTHEMS), împreună cu specialiști de la Universitatea din Tokyo și Universitatea din Barcelona.
Simularea urmărește evoluția galaxiei pe o perioadă de 10.000 de ani, depășind de peste 100 de ori nivelul de detaliu și viteza celor mai performante modele anterioare.
Cum a devenit posibilă o simulare stea cu stea a Căii Lactee
Deși astronomii au încercat de ani de zile să recreeze digital o galaxie la nivelul fiecărei stele, provocările tehnice au fost uriașe.
Pentru a reda cu fidelitate procese precum gravitația, interacțiunea gazelor, formarea elementelor și comportamentul supernovelor este nevoie de calcule masive, iar simulările fizice clasice nu puteau trece dincolo de reprezentarea unor grupuri de stele, nu a fiecărei stele în parte.
În modelele utilizate până acum, o singură „particulă” din simulare echivala cu aproximativ o sută de stele reale, ceea ce limita în mod serios precizia.
De asemenea, pentru a surprinde fenomene rapide, cum este expansiunea materialului rezultat în urma unei supernove, era necesar un pas de timp extrem de mic, ceea ce creștea exponențial cerințele de calcul.
Estimările arătau că o simulare completă a Căii Lactee, realizată doar pe bază de calcule fizice, ar necesita peste 36 de ani pentru a acoperi 1 miliard de ani de evoluție galactică, o durată complet nepractică, chiar și cu cele mai moderne supercomputere.
Pentru a depăși aceste limitări, echipa condusă de Hirashima a integrat un model de învățare profundă specializat, capabil să prezică modul în care gazul se deplasează în primele sute de mii de ani după explozia unei supernove.
Acest model surogat a fost antrenat pe simulări de înaltă rezoluție și a permis accelerarea masivă a calculelor, fără a sacrifica acuratețea.
Ce schimbări aduce noua tehnică în știință: de la supernove la schimbări climatice
Noua simulare a fost testată și comparată cu rezultate obținute pe unele dintre cele mai puternice sisteme de calcul din lume, precum supercomputerul Fugaku al institutului RIKEN și platforma Miyabi de la Universitatea din Tokyo.
Rezultatele validează metoda bazată pe inteligență artificială: simularea a 1 milion de ani de evoluție galactică durează acum aproximativ 2,78 ore, ceea ce înseamnă că un miliard de ani poate fi modelat în mai puțin de patru luni, de peste o sută de ori mai rapid decât înainte.
Pe lângă impactul major în astrofizică, tehnica ar putea transforma și alte discipline care se bazează pe integrarea proceselor la scară mică în modele de mare amploare.
Cercetarea atmosferei Terrei, dinamica oceanelor și studiile climatice sunt doar câteva dintre domeniile în care această abordare hibridă ar putea reduce drastic costurile de calcul și timpul necesar simulărilor complexe.
Simularea prezentată la conferința internațională de supercalcul SC ’25 deschide astfel o nouă etapă în cercetarea asistată de AI, oferind posibilitatea analizării universului, și chiar a planetei noastre, cu o precizie și o viteză fără precedent.