تم إنشاء محاكاة الكمبيوتر العملاق الأكثر تفصيلاً على الإطلاق لمجرتنا درب التبانة من خلال الجمع بين التعلم الآلي والنماذج الرقمية. ومن خلال تشغيله بمعدل أسرع 100 مرة من النماذج التالية الأكثر تفصيلاً، يمنح البرنامج علماء الفلك الفرصة لرسم خريطة لمليارات السنين من تطور مجرتنا في أشهر بدلاً من عقود.
تحتوي المحاكاة الجديدة على 100 مليار جسيم يمثل النجوم، وهو تقريبًا نفس عدد النجوم التي تسمى درب التبانة بيت. لم تتمكن عمليات المحاكاة السابقة ذات الدقة الأفضل من إدارة مليار نجم فقط، وكانت بطيئة. إن وضع نموذج مفصل لمليون سنة من تطور المجرة سيستغرق 315 ساعة، أو 13 يومًا، في الوقت الفعلي، مما يعني أن محاكاة مليار سنة باستخدام عمليات المحاكاة السابقة ذات الدقة الأفضل ستستغرق ما يقرب من 36 عامًا من وقت الحوسبة الحقيقي.
وبالمقارنة، فإن عمليات المحاكاة السابقة ذات الدقة الأفضل كانت تحتوي على مليار جسيم فقط. سيمثل كل جسيم 100 نجم، ولكن هذا يتم بعد ذلك تبسيط التفاصيل، مثل التأثير الذي يحدثه نجم واحد سوبر نوفا يمكن أن يكون على البيئة الغازية المحيطة. لذلك، فضلت أفضل محاكاة سابقة الأحداث طويلة المدى على الظواهر قصيرة المدى المرتبطة بالنجوم الفردية، ولكن غالبًا ما تكون الظواهر قصيرة المدى هي التي تؤثر على تطور المجرة على نطاق أوسع وعلى المدى الطويل.
قد تتطلب معالجة عمليات المحاكاة في فترات زمنية أقصر المزيد من القوة الحاسوبية، لكن فريق هيراشيما تمكن من تجاوز هذا الحاجز من خلال تطوير منهجية جديدة. إنه يأخذ نموذجًا بديلاً للتعلم العميق – فكر فيه كنوع من نموذج التدريب – ويطبقه على بيانات المستعر الأعظم عالية الدقة بحيث يتعلم التنبؤ بكيفية توسع بقايا المستعر الأعظم في الفضاء. وسط بين النجوم على مدى 100.000 سنة. يؤدي هذا التوسع إلى إبعاد الغاز والغبار الموجود في الوسط البينجمي وإثرائه بعناصر جديدة تشكلت نتيجة انفجار المستعر الأعظم، مما يغير توزيع وكيمياء الوسط البينجمي. يتم بعد ذلك تحويل الغاز والغبار في النهاية إلى الجيل التالي من النجوم التي تسكن المجرة.
من خلال دمج النموذج البديل مع عمليات المحاكاة العددية التي تصف الديناميكيات العامة لمجرة درب التبانة، تمكن فريق هيراشيما من دمج تأثيرات أحداث المستعرات الأعظم على نطاق زمني أقصر في العمليات المجرية ذات النطاق الزمني الأكبر.
كما أدت المنهجية الجديدة إلى تسريع الأمور، حيث استغرق تقديم مليون عام من وقت المحاكاة 2.78 ساعة فقط. وبهذا المعدل، سيستغرق الأمر 115 يومًا فقط، وليس 36 عامًا، لمحاكاة تطور المجرة على مدى مليار سنة.
وقال هيراشيما في مقالة له: “أعتقد أن دمج الذكاء الاصطناعي مع الحوسبة عالية الأداء يمثل تحولًا أساسيًا في كيفية معالجة المشكلات متعددة النطاق ومتعددة الفيزياء عبر العلوم الحسابية”. إفادة.
ولا يلزم أن تقتصر المنهجية على الفيزياء الفلكية أيضًا؛ مع القليل من التغيير والتبديل، يمكن استخدامه للمحاكاة تغير المناخأو النماذج المحيطية أو المناخية حيث تؤثر الأحداث الصغيرة على العمليات واسعة النطاق.
وفي سياق تطور المجرة، واختبار نماذج كيفية تشكل مجرتنا، وكيف تطورت بنيتها وكيف ازدهرت كيميائيتها، يمكن أن تكون المنهجية تحويلية.
وقال هيراشيما: “يظهر هذا الإنجاز أيضًا أن عمليات المحاكاة المتسارعة بواسطة الذكاء الاصطناعي يمكن أن تتجاوز التعرف على الأنماط لتصبح أداة حقيقية للاكتشاف العلمي، مما يساعدنا على تتبع كيفية ظهور العناصر التي شكلت الحياة نفسها بدون مجرتنا”.
تم نشر نتائج المحاكاة الجديدة كجزء من مؤتمر دولي للحوسبة الفائقة يسمى إس سي '25.
التعليقات