پژوهشگران با ترکیب مدلهای عددی و یادگیری ماشین، دقیقترین شبیهسازی ابرکامپیوتری از کهکشان راه شیری را تولید کردهاند. شبیهسازی جدید 100 برابر سریعتر از مدلهای قبلی عمل میکند و به اخترشناسان اجازه میدهد میلیاردها سال از تکامل کهکشان را در مدت چند ماه بازسازی کنند.
پیش از این، دقیقترین شبیهسازیها تنها میتوانستند حدود یک میلیارد ستاره را مدلسازی کنند و این کار را هم با سرعت بسیار پایین انجام میدادند. در آن مدلها، محاسبه دقیق یک میلیون سال از تکامل کهکشان به حدود 315 ساعت زمان نیاز داشت؛ بنابراین شبیهسازی یک میلیارد سال تقریباً 36 سال محاسبه مداوم زمان میبرد.
اکنون تیمی به رهبری «کِیا هیرشیما» از مرکز علوم نظری و ریاضیات میانرشتهای RIKEN ژاپن، شبیهسازی جدیدی ارائه کرده که هم سریعتر است و هم وضوح بسیار بیشتری در نمایش ستارهها دارد. این پیشرفت با استفاده از رویکردی به دست آمده که اجازه میدهد رویدادهای کوتاهمدت و بلندمدت بهطور همزمان مدلسازی شوند.
در شبیهسازیهای قبلی که بیشتر روی تحولات بلندمدت تمرکز داشتند، هر ذره نماینده حدود 100 ستاره بود و بسیاری از جزئیات کوچک، مانند تأثیر یک ابرنواختر و موج انفجاری آن بر محیط بینستارهای، نادیده گرفته میشدند. طبق گزارشهای منتشر شده، این شبیهسازی جدید شامل 100 میلیارد ذره است که هرکدام نماینده یک ستاره هستند.
در این روش، یک «مدل جانشین مبتنی بر یادگیری عمیق» با دادههای بسیار دقیق مربوط به ابرنواخترها آموزش میبیند تا بتواند نحوه گسترش موج انفجار یک ابرنواختر در محیط بینستارهای را برای 100 هزار سال پیشبینی کند. این موج انفجار گاز و غبار را جابجا و مواد تازهای را در فضا پخش میکند؛ موادی که بعدها به نسل جدیدی از ستارهها تبدیل میشوند.
با ترکیب این مدل با شبیهسازیهای عددی مربوط به دینامیک کلی کهکشان، پژوهشگران توانستهاند تأثیر رویدادهای کوتاهمدت ابرنواختری را در روند بلندمدت تکامل راه شیری لحاظ کنند.
سرعت بالا در شبیهسازی کهکشان راه شیری
استفاده از این روش سرعت شبیهسازی را هم بهطور چشمگیری افزایش داده است. مدل جدید تنها در 2.78 ساعت میتواند یک میلیون سال را بازسازی کند؛ یعنی شبیهسازی یک میلیارد سال بهجای 36 سال، تنها به 115 روز زمان نیاز دارد.
این روش محدود به اخترفیزیک نیست و با تغییراتی میتواند برای شبیهسازی تغییرات اقلیمی، مدلهای اقیانوسی یا پیشبینی پدیدههای جوی نیز به کار گرفته شود. به گفته هیرشیما، این دستاورد میتواند در مطالعه شکلگیری راه شیری، تکامل ساختار آن و درک روند غنیشدن شیمیایی کهکشان تحولآفرین باشد.
نتایج این شبیهسازی در کنفرانس بینالمللی ابررایانهها SC ’25 ارائه شده است.
