ВИ покреће револуцију – симулација Млечног пута са 100 милијарди звезда

Праћење сваке звезде појединачно 

Научници који стоје иза овог пројекта долазе из Центра за интердисциплинарне теоријске и математичке науке (RIKEN -iTHEMS), водећег јапанског истраживачког центра који се бави комбинацијом теоријске физике, математике и интердисциплинарних наука, у сарадњи са Универзитетом у Токију и Универзитетом у Барселони.

До сада је свака симулација Млечног пута морала да прави компромисе. Огроман број звезда и потреба за изузетно кратким временским корацима значили су да једна „честица“ у моделу представља десетине или стотине звезда. На овом нивоу није било могуће пратити појединачне експлозије супернова, сложене турбуленције гаса или формирање хемијских елемената.

Да би симулација појединачне звезде била веродостојна, временски кораци морали су бити невероватно мали, јер се само тако могу тачно приказати брзи и насилни догађаји, као што су експлозије супернова. Међутим, што је корак краћи, то су већи захтеви за рачунарским ресурсима. Према проценама истраживача из Рикен центра, традиционалним методама било би потребно више од три стотине сати суперрачунарског времена да се симулира милион година еволуције галаксије – а за милијарду година то би значило деценије непрекидног рачунања.

Управо овде долази до изражаја иновација тима -комбинација дубоког учења и класичних физичких симулација омогућила је да се свака звезда прати појединачно и да се сложени локални догађаји уклопе у глобалну динамику целе галаксије.

ВИ и физика: хибридни приступ

Решење је пронађено кроз хибридни модел, односно неуронску мрежу која учи из симулација појединачних супернова и потом предвиђа како ће се гас понашати до 100.000 година након експлозије.

Када симулација Млечног пута наиђе на експлозију, локални регион се шаље у мрежу која брзо враћа предвиђене промене гаса. На овај начин се штеди огромна количина времена, а глобална динамика галаксије наставља да се рачуна тачно.

Брзина и размена

Захваљујући овом приступу, симулација са више од 100 милијарди звезда сада може да прати милион година еволуције за само 2,78 сати рачунарског времена. За поређење, старе методе би за исти период трошиле више од 300 сати.

Метод који спаја ВИ и физику има потенцијал и ван астрофизике. Климатски модели, метеоролошке прогнозе и океанографија такође имају „проблем више скала“: локални, брзи догађаји утичу на глобалне токове и узорке. Такви паметни помоћни модели могу значајно убрзати симулације, без губитка прецизности, чак и у сложеним системима као што су климатски услови, океанске струје или временске прогнозе.

Значење за науку

Кеија Хирашима, вођа пројекта, наглашава да ово није само питање брзине. ВИ сада постаје активни део научне симулације – алат који омогућава да се прати еволуција галаксије са истинском резолуцијом по звезди, да се проучавају историја формирања звезда, спиралне гране и распоред тешких елемената.

Ова симулација је корак напред у разумевању галаксија и показује како комбинација дубоког учења и класичне физике омогућава моделирање екстремно комплексних система. Идеја се не зауставља на Млечном путу – потенцијално се може применити и на Земљу, у већ поменутим климатским и временским системима, што нам помаже да боље разумемо и промене на нашој планети.