Учени от Европа и Япония представят първата в света симулация на Млечния път, която има способността да проследи движението и еволюцията на повече от 100 милиарда индивидуални звезди – пробив, който до момента се смяташе за практически невъзможен.

Екипът, ръководен от Кейя Хирашима от Центъра за интердисциплинарни теоретични и математически науки към RIKEN (iTHEMS) в Япония, работи съвместно с изследователи от Университета в Токио и Университета в Барселона. Проектът е представен по време на международната конференция за високопроизводителни изчисления SC ’25, съобщава Euronews.

Защо да моделираш всяка звезда е толкова трудно?

В продължение на десетилетия астрофизиците се опитват да изградят модел на Млечния път, който да проследява поведението на всяка отделна звезда. Подобна симулация би позволила прецизно сравнение между теоретичните модели за формирането на галактиката и наблюденията от космическите телескопи. На практика това е изключително сложна задача, твърди ScienceDaily.

Гравитацията, поведението на газовите облаци, химичните реакции, образуването на елементи и експлозиите на супернови протичат в различни мащаби и изискват пресмятания през микроскопични времеви интервали.

Дори най-съвременните модели могат да обработят системи с маса, еквивалентна на около един милиард звезди като Слънцето – което е доста под реалните над 100 милиарда звезди в Млечния път. Това означава, че една „частица“ в тези симулации представлява група от около сто звезди, което изглажда малките физични процеси и намалява точността на цялата система. При настоящите методи един милион години галактична еволюция изискват около 315 часа изчисления, а един милиард години – повече от 36 години реално време, което прави подобна симулация на практика неизпълнима.

С помощта на машинно обучение, учени създадоха нов образ на черната дупка Sagittarius A, разкривайки, че се върти почти с максимална скорост и насочва оста си към Земята

Поглед отвъд хоризонта: Как AI ни доближи до сърцето на Млечния път

Екипът на Хирашима решава проблема с помощта на хибриден модел, който комбинира традиционни физични симулации и AI модел, обучен върху огромни масиви данни. Моделът използва високорезолюционни симулации на супернови и се научава да предсказва поведението на газовите облаци в първите 100 000 години след експлозия. По този начин основната симулация вече не трябва да пресмята всеки детайл във всяка времева стъпка и може да напредва много по-бързо, без да губи важната физика на малките процеси. Подходът е валидиран чрез сравнение с резултати от два водещи суперкомпютъра – Fugaku в Япония и Miyabi в Университета в Токио.

Получената симулация предлага реална резолюция „звезда по звезда“ за галактика с повече от 100 милиарда звезди и работи 100 пъти по-бързо от най-модерните досега. Един милион години еволюция се пресмятат за 2.78 часа, което означава, че един милиард години могат да бъдат симулирани за около 115 дни вместо за 36 години.

Досега астрономите са наблюдавали само три подобни обекта

Пратеник от далечна система: Какво ни разкрива междузвездна комета 3I/Atlas

По-широк потенциал за климатични, метеорологични и океански модели

Приложенията далеч надхвърлят астрофизиката. Подобни хибридни модели, които комбинират изкуствен интелект с високопроизводителни симулации, могат да ускорят значително изчисленията в области като климатичните прогнози, метеорологията, океанографията и моделирането на големи структури в космоса. Именно тези дисциплини се борят със същия проблем – нуждата от обединяване на дребномащабна физика с едри глобални процеси в реално време. „Интегрирането на AI с високопроизводителните изчисления е фундаментална промяна в начина, по който подхождаме към сложни, многофизични проблеми“, казва Хирашима, цитиран от ScienceDaily.

Според него това ново поколение симулации не просто разпознава модели, а се превръща в реален инструмент за научни открития – включително за проследяване на процесите, довели до образуването на елементите, от които възниква животът в нашата галактика.

От единични находки до космическо „портфолио“ от хиляди светове – изследванията на NASA променят представата ни за Вселената

Вселената е само на ръка разстояние: Екзопланетите, потвърдени от NASA, вече достигат 6000

Накъде продължава проектът

Следващата фаза включва разширяване на метода и адаптирането му към модели на Земната система – от климатични симулации до анализи на турбулентни процеси в атмосферата и океаните. Възможността да се ускори изчислителен процес, който преди е отнемал десетилетия, може да се окаже ключът към това науката да реагира по-бързо и по-точно на глобални предизвикателства.