МАСШТАБНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СИМУЛЯЦИЯ СОЗДАЕТ ГИПЕРРЕАЛИСТИЧНУЮ МОДЕЛЬ ГАЛАКТИКИ МЛЕКИЧНЫЙ ПУТЬ
Недавние исследования, проведенные в Центре междисциплинарных теоретических и математических наук RIKEN (Япония), дали возможность создать уникальную модель нашей галактики. Ученые совместно с коллегами из Токийского университета и Университета Барселоны реализовали первые в мире симуляции Млечного Пути, которые точно учитывают более 100 миллиардов звезд за 10 000 лет. Эта модель не только обрабатывает в 100 раз больше отдельных звезд, чем предыдущие, но и производит вычисления в 100 раз быстрее.
ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ СИМУЛЯЦИИ ГАЛАКТИК?
Симуляции Млечного Пути, которые фиксируют динамческие процессы на уровне отдельных звезд, позволяют проверять теории о формировании, структуре и эволюции галактик, сопоставляя их с наблюдениями астрономов. За десятилетия ученые пытались разработать все более сложные симуляции, что представляет собой настоящую задачу. Необходимо учесть такие силы, как гравитация, жидкостная динамика, сверхновые взрывы, синтез элементов и влияние сверхмассивных черных дыр, действующие на различных масштабах.
Требования к вычислительным ресурсам для моделирования галактик такого уровня сложности всегда были высокими. Текущая масса, доступная для моделирования, составляет всего один миллиард солнечных масс, что меньше 1% звезд нашего Млечного Пути. Кроме того, для симуляции одного миллиона лет эволюции галактики современным суперкомпьютерам требуется около 315 часов, что составляет всего 0.00007% от времени, прошедшего с рождения Млечного Пути (13.61 миллиарда лет), а симуляция миллиарда лет займет больше 36 лет.
ПРИНЯТИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Команда под руководством Хирашимы использовала инновационный подход, применив искусственный интеллект в виде модели-суррогата, которая не требовала столько ресурсов, сколько остальная часть модели. Эта модель была обучена на разрешенных высокоразрешенных симуляциях сверхновой, что позволило предсказывать влияние этих взрывов на окружающий газ и пыль в течение 100 тысяч лет после события.
Объединив физические симуляции с ИИ-моделями, ученые смогли одновременно моделировать динамику галактики размером с Млечный Путь и маломасштабные звездные явления. Как отметил Хирашима в пресс-релизе RIKEN, интеграция ИИ с высокопроизводительными вычислениями представляет собой принципиальный сдвиг в подходах к решению многослойных, многофизических задач.
НАДЕЖНОСТЬ И НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
Исследователи проверили производительность созданной модели на суперкомпьютерах Fugaku и Miyabi. Результаты показали, что новая методика позволяет имитацию разрешения звезд в галактиках с более чем 100 миллиардов звезд, где симуляция одного миллиона лет занимает всего лишь 2.78 часа. При таких темпах миллиарды лет галактической истории могут быть смоделированы всего за 115 дней.
Эти выводы предоставляют астрономам неоценимый инструмент для проверки теорий о галактической эволюции и происхождении нашей Вселенной. Более того, этот "AI shortcut" подход может оказать влияние на другие сложные симуляции, включая метеорологию, динамику океанов и климатологию.
