Astronomowie stworzyli najbardziej szczegółową jak dotąd symulację Drogi Mlecznej, wykorzystując sztuczną inteligencję do symulacji ewolucji naszej galaktyki składającej się ze 100 miliardów gwiazd. Ten przełom znacząco skraca czas potrzebny na wykonanie złożonych modeli galaktycznych, otwierając nowe możliwości zrozumienia największych struktur Wszechświata.
Need for Speed: dlaczego symulacje galaktyczne mają znaczenie
Modelowanie ewolucji galaktyk wymaga ogromnych zasobów obliczeniowych. Poprzednie modele o wysokiej wierności, ograniczone do około miliarda gwiazd, potrzebowały dziesięcioleci, aby symulować tylko część historii Drogi Mlecznej. To ograniczenie utrudnia badanie długoterminowych procesów galaktycznych, takich jak powstawanie gwiazd i rozkład pierwiastków niezbędnych do życia. Nowa symulacja wzmocniona sztuczną inteligencją omija to wąskie gardło, działając 100 razy szybciej niż poprzednie modele.
Jak sztuczna inteligencja przyspieszyła proces
Kluczem do tego przełomu była nowa metodologia, która łączy uczenie maszynowe z tradycyjnymi symulacjami numerycznymi. Zespół kierowany przez Keiyę Hirashimę z Centrum Nauk Teoretycznych i Matematycznych RIKEN w Japonii opracował zastępczy model głębokiego uczenia się wyszkolony w oparciu o bardzo precyzyjne dane dotyczące supernowych.
Ten komponent sztucznej inteligencji uczy się przewidywać ekspansję pozostałości supernowych w ciągu 100 000 lat, czyli w skali czasu, która wcześniej była zbyt wolna, aby modelować ją z wystarczającą dokładnością. Supernowe mają kluczowe znaczenie, ponieważ rozprzestrzeniają pierwiastki i energię w całej galaktyce, wpływając na następną generację gwiazd. Integrując przewidywania sztucznej inteligencji z szerszą symulacją, badacze mogą uchwycić krótkoterminowe skutki, które kształtują długoterminową ewolucję galaktyk.
Od lat do dni: wpływ symulacji
Rezultat jest niesamowity. Podczas gdy symulowanie miliona lat ewolucji galaktycznej przy użyciu starszych modeli zajmowało zwykle 315 godzin (13 dni), nowy system oparty na sztucznej inteligencji wykonuje to samo zadanie w zaledwie 2,78 godziny. Symulacje miliardów lat trwają obecnie 115 dni zamiast 36 lat. Taka prędkość pozwala astronomom testować teorie dotyczące powstawania, struktury i ewolucji chemicznej Drogi Mlecznej z niespotykaną dotąd wydajnością.
Poza astrofizyką: nowa era symulacji
Hirashima wierzy, że integracja sztucznej inteligencji i obliczeń o wysokiej wydajności oznacza zmianę w informatyce. Metodologię tę można zastosować nie tylko w astrofizyce; można go dostosować do modelowania innych złożonych systemów, takich jak zmiany klimatyczne, prądy oceaniczne lub wzorce pogodowe. Zespół zauważa, że podejście to przenosi „od rozpoznawania wzorców do prawdziwego narzędzia odkryć naukowych”.
To osiągnięcie pokazuje, jak sztuczna inteligencja może przyspieszyć postęp naukowy poprzez wypełnienie luki między szczegółowymi zjawiskami krótkoterminowymi a długoterminowymi procesami na dużą skalę. Symulacja nie tylko pomaga prześledzić ewolucję naszej galaktyki, ale także zapewnia wgląd w to, jak powstały pierwiastki niezbędne do powstania samego życia.
