Miért rettenetesen nehéz minden csillagot külön kezelni?
A Tejútrendszer méretű csillagrendszerek részletes modellezése régóta cél az asztrofizikában, hiszen így lehetne a galaktikus fejlődés, szerkezet és csillagkeletkezés elméleteit közvetlenül összevetni a valós mérésekkel. Ugyanakkor egy teljes galaxis pontos szimulációja elképesztő számítási igényeket támaszt: egyszerre kell számolni a gravitációt, a gáz mozgását, a kémiai elemek kialakulását és a szupernóva-robbanásokat is, ráadásul több tízezer éven keresztül, mindegyik csillagra külön.
A legmodernebb szimulációk jelenleg körülbelül egymilliárd naptömegű rendszereket tudnak kezelni, miközben a Tejútrendszerben több mint 100 milliárd csillag található. Ez azt jelenti, hogy egyetlen szimulációs “részecske” általában egy csillagcsoportot fed le, így elveszik az egyedi csillagok viselkedése, és jelentős részletek vesznek oda. Ha pedig a szimuláció lépésközét csökkentenék – például a gyors szupernóva-folyamatok pontos követéséhez –, akkor a számítási igény drámaian megnőne: egymillió év modellezése 315 órát venne igénybe, így egymilliárd évhez több mint 36 évig tartana a futtatás. Több szuperszámítógép-mag bevonása pedig nem megoldás, mivel az energiaigény túl magas lenne.
A mélytanulás új lehetőséget hoz
A most bemutatott új módszer a hagyományos fizikai szimulációk mellé egy korábbi szimulációk alapján betanított mélytanuló modellt illeszt. Ez az MI-alapú komponens előre megtanulta, hogyan terjed a gáz egy szupernóva-robbanás után a következő százezer évben, így nem terheli a teljes szimulációt plusz számításokkal. Ennek köszönhetően a kutatók a galaxis teljes működését és még a csillagrobbanások finom részleteit is modellezhették egyenként.
Az eljárással több mint 100 milliárd csillag sorsát lehet követni valóban egyedi felbontásban, ráadásul hihetetlenül gyorsan: egymillió év szimulációja kevesebb mint három órába telt, így egymilliárd év modellezése 115 nap alatt lefutott, szemben a korábbi 36 évvel.
Kitekintés: az éghajlat- és időjárás-kutatás jövője
Ez a MI-vezérelt hibrid megközelítés jelentős változásokat hozhat számos területen: például a meteorológia, az oceanográfia vagy a klímatudomány sok hasonló számítási problémával szembesül, ahol a kicsi és a nagy léptékek összekapcsolása okozza a fő nehézséget.
Emellett az MI és a nagy teljesítményű számítástechnika ötvözése új szintre emelheti a tudományos felfedezéseket, hiszen az ilyen szimulációk már jóval túlmutatnak a puszta mintafelismerésen: képesek lehetnek segíteni annak feltárásában is, hogyan alakultak ki a Földet és az életet felépítő elemek a galaxisunkban.
