研究人員運(yùn)用700萬個(gè)CPU核心，對(duì)上千億顆恒星進(jìn)行了迄今最全面的銀河系模擬。

一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)完成了對(duì)銀河系的超精密模擬。該團(tuán)隊(duì)首次成功對(duì)超過1000億顆獨(dú)立恒星進(jìn)行演化模擬，完整呈現(xiàn)了它們數(shù)萬年間的演變歷程。

科學(xué)家們結(jié)合人工智能與數(shù)值模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了這一尖端模擬。據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，該方法使得模擬的恒星數(shù)量達(dá)到現(xiàn)有最佳模型的100倍，且運(yùn)算速度提升百倍。

銀河系模擬突破

此前，科學(xué)家在模擬銀河系等大型星系時(shí)，始終無法同步構(gòu)建大量獨(dú)立恒星模型。這項(xiàng)新模擬綜合考慮了元素合成、超新星爆發(fā)、引力與流體動(dòng)力學(xué)等多重因素 —— 這些現(xiàn)象發(fā)生在截然不同的時(shí)間尺度上，使得同步模擬極具挑戰(zhàn)。

由日本理化學(xué)研究所跨學(xué)科理論與數(shù)學(xué)科學(xué)中心（iTHEMS）平島慶哉領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，集結(jié)了東京大學(xué)與西班牙巴塞羅那大學(xué)的科學(xué)家。他們相信這項(xiàng)新方法可應(yīng)用于其他天體物理學(xué)研究乃至氣候科學(xué)領(lǐng)域。

在新技術(shù)出現(xiàn)前，最優(yōu)模擬方案的質(zhì)量上限僅約10億倍太陽(yáng)質(zhì)量。而銀河系實(shí)際包含超1000億顆恒星，這意味著原有模擬無法精確呈現(xiàn)星系全貌。由于模擬中最小的"粒子"代表的是相當(dāng)于100倍太陽(yáng)質(zhì)量的星團(tuán)，僅能準(zhǔn)確呈現(xiàn)大規(guī)模天文現(xiàn)象。

研究團(tuán)隊(duì)將成果發(fā)表于國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)SC'25，并通過理研"富岳"超級(jí)計(jì)算機(jī)與東京大學(xué)"Miyabi"超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了模擬結(jié)果。這項(xiàng)新模擬將幫助天體物理學(xué)家檢驗(yàn)恒星形成、星系演化等宇宙過程的理論，從而更深入理解人類在宇宙中的位置。

115天模擬十億年演化

研究人員指出，即使采用傳統(tǒng)最優(yōu)方法，模擬所需時(shí)間也令人望而卻步。例如對(duì)銀河系進(jìn)行單恒星級(jí)模擬時(shí)，每百萬年演化需耗時(shí)315小時(shí)。按此速率，模擬十億年星系演化需超過36年。

由于持續(xù)增加超算核心并非可行方案，團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地將深度學(xué)習(xí)代理模型與物理模擬相結(jié)合。通過對(duì)超新星爆發(fā)的高分辨率模擬訓(xùn)練，深度學(xué)習(xí)模型掌握了超新星爆發(fā)后10萬年間氣體膨脹的規(guī)律。

該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)含千億恒星的龐大星系進(jìn)行單恒星級(jí)解析。運(yùn)用此技術(shù)，每百萬年演化模擬僅需2.78小時(shí)，這意味著模擬十億年宇宙變遷僅需115天。

平島慶哉在新聞聲明中闡釋："我相信人工智能與高性能計(jì)算的融合，標(biāo)志著處理計(jì)算科學(xué)中多尺度、多物理場(chǎng)問題的方式發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。這項(xiàng)成就同時(shí)證明，AI加速模擬已超越模式識(shí)別范疇，正成為真正的科學(xué)發(fā)現(xiàn)工具 —— 它將幫助我們追溯構(gòu)成生命本身的元素在銀河系中的誕生歷程。"

如果朋友們喜歡，敬請(qǐng)關(guān)注“知新了了”！