اعتمد الفريق على الذكاء الاصطناعي لدمج نماذج الانفجارات النجمية مع الفيزياء الحاسوبية، ما سمح بتسريع المحاكاة بأكثر من مئة مرة مقارنة بالنماذج السابقة.
تمكّن فريق بحثي ياباني من إنجاز أول محاكاة حقيقية لمجرة درب التبانة تتبع أكثر من 100 مليار نجم فردي، بسرعة ودقة لم يكن يُتصور تحقيقها سابقًا.
وقاد الدراسة كيايا هيراشيما من مركز RIKEN للعلوم النظرية والرياضية متعددة التخصصات، بالتعاون مع باحثين من جامعة طوكيو وجامعة برشلونة الإسبانية. واعتمد الفريق على الذكاء الاصطناعي لدمج نماذج الانفجارات النجمية مع الفيزياء الحاسوبية، ما سمح بتسريع المحاكاة أكثر من مئة مرة مقارنة بالنماذج السابقة.
وكان هدف علماء الفلك بناء نموذج لمجرة درب التبانة دقيق بما يكفي لتتبع كل نجم على حدة. لكن التعقيد كبير، إذ يجب أخذ تأثيرات الجاذبية، وحركة الغازات، والانفجارات النجمية، وعمليات تكوين العناصر بعين الاعتبار، وكل منها يحدث على مقاييس زمنية وحجمية مختلفة.
وحتى الآن، كانت أفضل المحاكاة السابقة محدودة بحوالي مليار كتلة شمسية، أي أن كل "جسيم" يمثل مجموعة من نحو 100 نجم، ما يفقد التفاصيل الدقيقة ويسمح فقط بملاحظة التغيرات الكبرى على مستوى المجرة.
ولتجاوز هذه العقبات، صمّم الفريق نموذجًا هجينًا يمزج بين المحاكاة الفيزيائية التقليدية ونموذج تعلّم عميق يتنبأ بكيفية توسع الغاز بعد انفجارات السوبرنوفا على مدى 100 ألف سنة، دون استهلاك موارد المحاكاة الرئيسية بالكامل.
ويسمح هذا النموذج بمتابعة النجوم الفردية ضمن مجرة كبيرة، وفي الوقت نفسه ملاحظة التأثيرات الشاملة لحركة الغازات والانفجارات، وهو ما كان مستحيلًا سابقًا.
وباستخدام النموذج الجديد، استغرقت محاكاة مليون سنة فقط 2.78 ساعة، ما يعني أن محاكاة مليار سنة يمكن إنجازها في 115 يومًا فقط، بدلًا من 36 عامًا باستخدام الطرق التقليدية.
وأكد الباحثون دقة نتائجهم. ويتيح الإنجاز للعلماء اختبار نظريات تكوين المجرات وتطور النجوم، وفهم الديناميكيات الدقيقة لانفجارات السوبرنوفا، ومقارنة النتائج بالبيانات الفلكية الواقعية. كما يمكن تطبيق هذه التقنية في محاكاة الأنظمة المعقدة الأخرى، مثل الطقس، والمناخ، وأنماط المحيطات.
وقال هيراشيما: "دمج الذكاء الاصطناعي مع الحوسبة عالية الأداء يمثل تحولًا في معالجة المشكلات متعددة المقاييس والفيزياء في العلوم الحسابية.. الإنجاز يظهر أن المحاكاة المدعومة بالذكاء الاصطناعي يمكن أن تتجاوز التعرف على الأنماط لتصبح أداة حقيقية للاكتشاف العلمي، تساعدنا على تتبع كيفية نشوء العناصر التي شكلت الحياة داخل مجرتنا."