Prva simulacija Mlečnog puta: Sada je moguće pratiti više od 100 milijardi zvezda

Zamislite da možete da pratite svaku od više od 100 milijardi zvezda u Mlečnom putu, da posmatrate njihove eksplozije, turbulencije gasa i formiranje hemijskih elemenata u realnom vremenu. Upravo to su postigli naučnici u Japanu u saradnji sa kolegama iz Evrope – kreirali su prvu simulaciju galaksije koja prati svaki pojedinačni zvezdani sistem.

Taj podvig postao je moguć zahvaljujući jedinstvenom spoju veštačke inteligencije i klasičnih fizičkih modela, omogućavajući da globalna dinamika galaksije i sitni lokalni događaji budu vidljivi istovremeno.

Naučnici zbunjeni zračenjem iz centra galaksije: Da li je otkriven trag tamne materije?

Otkrivena retka egzoplaneta na rubu Mlečnog puta

Praćenje svake zvezde pojedinačno 

Naučnici koji stoje iza ovog projekta dolaze iz Centra za interdisciplinarne teorijske i matematičke nauke (RIKEN -iTHEMS), vodećeg japanskog istraživačkog centra koji se bavi kombinacijom teorijske fizike, matematike i interdisciplinarnih nauka, u saradnji sa Univerzitetom u Tokiju i Univerzitetom u Barseloni.

Do sada je svaka simulacija Mlečnog puta morala da pravi kompromise. Ogroman broj zvezda i potreba za izuzetno kratkim vremenskim koracima značili su da jedna "čestica" u modelu predstavlja desetine ili stotine zvezda. 

Na ovom nivou nije bilo moguće pratiti pojedinačne eksplozije supernova, složene turbulencije gasa ili formiranje hemijskih elemenata.

Da bi simulacija pojedinačne zvezde bila verodostojna, vremenski koraci morali su biti neverovatno mali, jer se samo tako mogu tačno prikazati brzi i nasilni događaji, kao što su eksplozije supernova. Međutim, što je korak kraći, to su veći zahtevi za računarskim resursima. 

Da li je u svemiru zaista toliko mračno? Objašnjenje astronoma iznenadilo mnoge

Prema procenama istraživača iz Riken centra, tradicionalnim metodama bilo bi potrebno više od tri stotine sati superračunarskog vremena da se simulira milion godina evolucije galaksije – a za milijardu godina to bi značilo decenije neprekidnog računanja.

Upravo ovde dolazi do izražaja inovacija tima -kombinacija dubokog učenja i klasičnih fizičkih simulacija omogućila je da se svaka zvezda prati pojedinačno i da se složeni lokalni događaji uklope u globalnu dinamiku cele galaksije.

VI i fizika: hibridni pristup

Rešenje je pronađeno kroz hibridni model, odnosno neuronsku mrežu koja uči iz simulacija pojedinačnih supernova i potom predviđa kako će se gas ponašati do 100.000 godina nakon eksplozije.

Tim naučnika otkrio misteriju spektra energije kosmičkog zračenja

Kada simulacija Mlečnog puta naiđe na eksploziju, lokalni region se šalje u mrežu koja brzo vraća predviđene promene gasa. Na ovaj način se štedi ogromna količina vremena, a globalna dinamika galaksije nastavlja da se računa tačno.

Brzina i razmena

Zahvaljujući ovom pristupu, simulacija sa više od 100 milijardi zvezda sada može da prati milion godina evolucije za samo 2,78 sati računarskog vremena. Za poređenje, stare metode bi za isti period trošile više od 300 sati.

Metod koji spaja VI i fiziku ima potencijal i van astrofizike. Klimatski modeli, meteorološke prognoze i okeanografija takođe imaju „problem više skala“: lokalni, brzi događaji utiču na globalne tokove i uzorke. 

Takvi pametni pomoćni modeli mogu značajno ubrzati simulacije, bez gubitka preciznosti, čak i u složenim sistemima kao što su klimatski uslovi, okeanske struje ili vremenske prognoze.

Nova studija otkrila šta se krije u unutrašnjosti Meseca

Značenje za nauku

Keija Hirašima, vođa projekta, naglašava da ovo nije samo pitanje brzine. VI sada postaje aktivni deo naučne simulacije – alat koji omogućava da se prati evolucija galaksije sa istinskom rezolucijom po zvezdi, da se proučavaju istorija formiranja zvezda, spiralne grane i raspored teških elemenata.

Ova simulacija je korak napred u razumevanju galaksija i pokazuje kako kombinacija dubokog učenja i klasične fizike omogućava modeliranje ekstremno kompleksnih sistema. Ideja se ne zaustavlja na Mlečnom putu – potencijalno se može primeniti i na Zemlju, u već pomenutim klimatskim i vremenskim sistemima, što nam pomaže da bolje razumemo i promene na našoj planeti.

Astronomi prvi put detektovali ogromnu zvezdanu oluju van Sunčevog sistema

Astronomi zabeležili raspad komete ATLAS: Zlatna i narandžasta "perjanica" najavila kraj