برای اولین بار، یک شبیه‌سازی بسیار دقیق از کهکشان ما ایجاد شده است.

به گزارش مجله خبری نگاریک تیم بین‌المللی از محققان به رهبری کیا هیراشیما از مرکز RIKEN iTHEMS اولین مدل کامپیوتری جهان از کهکشان راه شیری را ارائه کردند که مسیر بیش از ۱۰۰ میلیارد ستاره منفرد را در نظر می‌گیرد. دانشمندان این موضوع را در کنفرانس بین‌المللی محاسبات، شبکه، ذخیره‌سازی و تحلیل با کارایی بالا ۲۰۲۵ گزارش دادند.

ویژگی کلیدی این پروژه، ترکیب مدل‌سازی عددی سنتی با تقریب شبکه عصبی است که محاسبات را به طرز چشمگیری تسریع کرده است. نویسندگان خاطرنشان می‌کنند که رویکرد آنها بیش از ۱۰۰ برابر سریع‌تر از مدل‌های پیشرفته قبلی است و در عین حال ۱۰۰ برابر وضوح بالاتری ارائه می‌دهد.

دهه‌هاست که تلاش‌ها برای مدل‌سازی تکامل ستاره به ستاره یک کهکشان انجام می‌شود. اما مدل‌های فیزیکی مرسوم با محدودیت‌های محاسباتی مواجه شده‌اند: شبیه‌سازی‌های مدرن حداکثر جرم ذرات را حدود یک میلیارد جرم خورشیدی در نظر می‌گیرند. این بدان معناست که یک عنصر مدل واحد می‌تواند شامل کل یک خوشه ستاره‌ای باشد و رفتار تک تک ستاره‌ها باید به طور متوسط ​​محاسبه شود. همزمان، مدل‌سازی فرآیند‌های سریع - به عنوان مثال، انبساط یک ابر گازی پس از یک ابرنواختر - نیاز به گام‌های زمانی بسیار کوچک دارد. در نتیجه، محاسبه حتی یک میلیون سال تکامل کهکشانی صد‌ها ساعت طول می‌کشد.

برای غلبه بر این مانع، تیم RIKEN یک شبکه عصبی عمیق را بر روی مدل‌های بسیار دقیق ابرنواختر آموزش داد. این شبکه یاد گرفت که چگونه موج ضربه‌ای تکامل می‌یابد و گاز در طول ۱۰۰۰۰۰ سال پس از انفجار گسترش می‌یابد - بدون نیاز به منابع یک شبیه‌سازی کامل. سپس این ماژول "جایگزین" در یک مدل در مقیاس بزرگ از کهکشان تعبیه شد و به آن اجازه داد تا هم فرآیند‌های در مقیاس بزرگ و هم دینامیک ستاره‌های منفرد را محاسبه کند.

این عملکرد بی‌سابقه بود: اکنون می‌توان یک میلیون سال تکامل را در ۲.۷۸ ساعت محاسبه کرد. این بدان معناست که می‌توان یک میلیارد سال را در کمتر از چهار ماه شبیه‌سازی کرد - به جای سی و شش سال. برای تأیید صحت نتیجه، دانشمندان داده‌ها را با محاسبات انجام شده در ابررایانه فوگاکو و سیستم میابی در دانشگاه توکیو مقایسه کردند.

نویسندگان اطمینان دارند که رویکرد آنها پتانسیل تغییر فراتر از اخترفیزیک کهکشانی را دارد. مدل‌های چندمقیاسی مشابه، زیربنای پیش‌بینی‌های آب و هوا، محاسبات اقلیمی و مدل‌سازی اقیانوس هستند. هر جا که نیاز باشد رفتار سازه‌های کوچک به مقیاس‌های جهانی مرتبط شود، ترکیب هوش مصنوعی و رایانه‌های محاسباتی پیشرفته می‌تواند ده‌ها و صد‌ها برابر سرعت بیشتری ارائه دهد.

کیا هیراشیما خاطرنشان کرد: «ما شاهد یک تغییر اساسی در نحوه‌ی پرداختن علوم محاسباتی به مسائلی هستیم که در آنها مقیاس‌ها و فرآیند‌های فیزیکی مختلف در کنار هم وجود دارند.» او افزود که این فناوری جدید نشان می‌دهد که هوش مصنوعی می‌تواند فراتر از تشخیص الگوی ساده عمل کند و به ابزاری برای کشف علمی تبدیل شود - حتی می‌تواند ریشه‌های عناصری را که باعث پیدایش حیات در کهکشان ما شده‌اند، ردیابی کند.