نجح العلماء في محاكاة مجرة درب التبانة بـ 100 مليار نجم لأول مرة

قدم فريق Keiya Hiraشيما من RIKEN وزملاؤه من جامعة طوكيو وبرشلونة عرضًا في مؤتمر SC25 أول محاكاة في العالم لدرب التبانة، حيث يتم إحصاء كل نجم من أكثر من 100 مليار نجم على حدة – وكل هذا في إطار زمني بشري للغاية بفضل مزيج من الفيزياء والشبكات العصبية.

لماذا كان هذا مستحيلا من قبل؟

المجرة هي كابوس رياضي للكمبيوتر. فمن ناحية، تدور النجوم ببطء في مدارها لمليارات السنين، مطيعة للجاذبية. ومن ناحية أخرى، ينفجر المستعر الأعظم في ثوانٍ، وتنتشر سحب الغاز حوله لعشرات الآلاف من السنين. لرؤية كليهما في نفس الوقت، يجب أن تكون الخطوة الزمنية صغيرة. وفي أفضل النماذج التقليدية، يزن النجم الواحد ما لا يقل عن 100 كتلة شمسية، وإلا فإن العدد يمتد لعقود. على حاسوب فوجاكو الفائق (7.6 مليون نواة)، سيتطلب الأمر مليون سنة من الحياة المجرية 315 ساعة من الوقت الحقيقي. مليار سنة – 36 سنة من التشغيل المستمر. وإذا أضفت المزيد من النوى، تنخفض الكفاءة: تبدأ في التدخل في نقل بيانات بعضها البعض.

الحيلة الرئيسية: شبكة عصبية بدلاً من الانفجارات

قرر اليابانيون عدم حساب كل انفجار مستعر أعظم من الصفر. لقد جمعوا الآلاف من عمليات المحاكاة التفصيلية لمثل هذه الانفجارات، ونقلوها إلى شبكة عصبية وقاموا بتدريبها على التنبؤ، كيف ستتوسع سحابة الغاز خلال الـ 100 ألف سنة القادمة؟

الآن، عندما يحدث مستعر أعظم في نموذج مجرة ​​كبير، يقوم البرنامج ببساطة بسؤال الشبكة العصبية “ما هي الخطوة التالية؟” ويحصل على إجابة جاهزة في جزء من الثانية. يتم النظر في بقية الفيزياء – الجاذبية، والديناميكا المائية، وتكوين النجوم – بالطريقة المعتادة. اتضح كما هو الحال في أوركسترا كبيرة، عندما بدلا من أداء كل موسيقي منفردا الأكثر صعوبة، يتم دعم المقاطع الأكثر صعوبة ببساطة من خلال الجزء المسجل مسبقا من الموهوب الحقيقي.

السجلات الفنية للمشروع

• 100 مليار نجم فردي (100 مرة أكثر من أي نموذج سابق)
• دقة الكتلة – كتلة شمسية واحدة (الحد الأدنى سابقًا 100)
• مليون سنة من تطور المجرة = 2.8 ساعة على الأرض
• مليار سنة = 115 يوما بدلا من 36 سنة
• 7 ملايين نواة مستخدمة فوجاكو + ميابي (جامعة طوكيو)
• تم تقليل استهلاك الطاقة والوقت بأكثر من 100 مرة

تُظهر صور النموذج أذرعًا حلزونية، وتدفقات غازية، وتوزيعات معدنية لا يمكن تمييزها تقريبًا عن الصور الحقيقية لمجرة درب التبانة.

وفقًا لعلماء الفيزياء الفلكية، أصبح من الممكن الآن أن نتتبع بدقة كيفية ولادة العناصر الثقيلة في المجرة: الكربون والأكسجين والحديد – كل ما يشكل الكواكب وأنفسنا لاحقًا. يمكننا اختبار النظريات حول سبب ظهور مجرتنا بهذه الطريقة. والأهم من ذلك، أنه يمكنك لأول مرة تشغيل العشرات من خيارات المحاكاة ومعرفة ما يحدث إذا قمت بتغيير الشروط الأولية.

وليس فقط عن النجوم

وتجري بالفعل تجربة نفس التقنية في التعامل مع المناخ (حساب الانحباس الحراري العالمي والإعصار الفردي في وقت واحد)، وعلم المحيطات (التيارات والاضطرابات الدقيقة)، وحتى الطب (تدفق الدم في الشرايين بالإضافة إلى سلوك الخلايا الفردية).

يقول كيا هيراشيما: “أنا مقتنع بأن دمج الذكاء الاصطناعي مع الحوسبة عالية الأداء يمثل تحولًا أساسيًا في النهج المتبع في حل المشكلات متعددة النطاق”.

“هذا يوضح أن نمذجة الذكاء الاصطناعي المتسارعة يمكن أن تصبح أداة حقيقية للاكتشاف العلمي وتتبع كيفية ظهور عناصر الحياة نفسها في مجرتنا.”

الآن تعيش مجرة ​​درب التبانة بأكملها داخل أجهزة الكمبيوتر اليابانية العملاقة – وتتطور بشكل أسرع مما يمكننا الانتهاء من قراءة هذا المقال.