100 מיליארד כוכבים: חוקרים יצרו סימולציה דיגיטלית של שביל החלב

חוקרים שהציגו בכנס בינלאומי בנושא מחשוב-על הציגו את מה שהם כינו "התאום הדיגיטלי הראשון של שביל החלב", סימולציית מחשב שעוקבת אחר יותר מ-100 מיליארד כוכבים בודדים. הפרויקט הובל על ידי קיייה הירשימה מהמרכז הבין-תחומי למדעים תיאורטיים ומתמטיים RIKEN, בשיתוף עם אוניברסיטת טוקיו ואוניברסיטת ברצלונה.

"הצלחנו ליצור את הסימולציה הדיגיטלית המדויקת הראשונה של גלקסיית שביל החלב, העוקבת אחר יותר מ-100 מיליארד כוכבים לאורך 10,000 שנות אבולוציה", אמר הירשימה, לפיScience Daily. הצוות שילב מודל של למידה עמוקה עם פיזיקה קונבנציונלית, מה שאפשר לתוכנית לייצג הרבה יותר כוכבים ולפעול הרבה יותר מהר מאשר ניסיונות קודמים.

סימולציות קודמות של הגלקסיה שלנו כיווצו את המידע, כשקבוצות של מאה כוכבים קיבלו התייחסות יחידה, בגלל מגבלות מחשוב, ודרשו כ-315 שעות עבודה עבור סימולציה של כל מיליון שנים של היסטוריה הגלקטית. יצירת סימולציה של מיליארד שנים בקצבים אלו היתה דורשת 36 שנה, עם עלויות אנרגיה גבוהות.

קבוצתו של הירשימה אימנה בינה מלאכותית כדי לחזות כיצד גז מתפשט במהלך 100,000 השנים לאחר סופרנובה, תוך שימוש בסימולציות ברזולוציה גבוהה כדוגמאות לאימון. לאחר ששולבה בקוד של הסימולציה, הבינה המלאכותית טיפלה בחישובי דינמיקת הגז, ואיפשרה למחשב הראשי להתקדם בקצב מהיר הרבה יותר - כ-2.78 שעות לכל מיליון שנים, מהירות גבוהה כמעט פי מאה ממודלים קודמים, וברזולוציה גבוהה פי מאה ממודלים קודמים. סימולציה של מיליארד שנים יכולה להסתיים כעת תוך 115 ימים, מה שמאפשר בחינה של מספר גלקסיות בשנה אחת.

הצוות אימת את התוצאות של מודל הסימולציה הנוכחי מול סימולציות שרצו על מחשב-העל Fugaku ביפן ובמערכת Miyabi של אוניברסיטת טוקיו, ומצא התאמה קרובה בין התוצאות הקיימות לבין התוצאות שהושגו באמצעות הבינה המלאכותית.

"גם סימולציות מואצות באמצעות בינה מלאכותית יכולות לחרוג מזיהוי תבניות ולהפוך לכלי אמיתי לגילויים מדעיים שמסייע לנו להתחקות אחר האופן שבו האלמנטים שיצרו את החיים עצמם הופיעו בגלקסיה שלנו", אמר הירשימה בכנס.

מכיוון שהמודל עוקב אחר כל כוכב, החוקרים יכולים להשוות תיאוריות של היווצרות זרועות ספירליות, התפלגות חומר אפל והעשרה כימית ישירות עם נתונים ממשימות חלל קיימות.