שילוב מודל למידה עמוקה עם הדמיה פיזיקלית חוסך עשרות שנות חישוב ומאפשר לעקוב גם אחרי סופרנובות וגם אחרי האבולוציה הגלקטית לטווח ארוך
חוקרים מיפן ומספרד יצרו את ההדמיה הראשונה של שביל החלב שיכולה לעקוב אחרי יותר ממאה מיליארד כוכבים פרטניים על פני 10,000 שנים. הם השיגו זאת על ידי שילוב AI עם שיטות נומריות מתקדמות. התוצאה כוללת פי מאה יותר כוכבים פרטניים מהמודלים המתקדמים הקודמים והושלמה יותר מפי 100 מהר יותר.
העבודה היא צעד גדול קדימה עבור אסטרופיזיקאים, מחשוב עתיר ביצועים ויצירת מודלים באמצעות AI. לטכניקה הזאת יש גם פוטנציאל ליישומים מחוץ למדעי החלל, ביניהם הדמיות המשמשות לחקר דפוסי אקלים והתנהגות מזג האוויר.
בניית מודל של שביל החלב שהוא מפורט מספיק כדי לעקוב אחרי כל כוכב במסלול שלו היא מטרה ותיקה של אסטרופיזיקאים. כלי כזה יעזור לבדוק תאוריות לגבי איך גלקסיות נוצרות, איך הן משנות צורה עם הזמן ואיך כוכבים מתפתחים, והכל תוך השוואת התוצאות לנתונים אסטרונומיים אמיתיים. יצירת מודל כזה מאתגרת מאוד כי הוא צריך להביא בחשבון את הכבידה, תנועת זורמים, ההשפעות של פיצוצי סופרנובות והתהליך שיוצר יסודות חדשים. כל אחד מאלה מתקדם בקני מידה שונים מאוד של זמן וגודל, ולכן החישובים מורכבים.
הסיבה שכל כך קשה לדמות את כל הכוכבים
עד כה, אף צוות לא הצליח לדמות גלקסיה בגודל שביל החלב תוך שמירת הפירוט שנחוץ למעקב אחרי כוכבים פרטניים. ההדמיות הקודמות הכי מתקדמות הוגבלו לכמיליארד מסות שמש, הרבה פחות מלפחות מאה מיליארד הכוכבים שבגלקסיה שלנו.
לכן, ה"חלקיק" הכי קטן במודלים האלה מייצג צביר של כמאה כוכבים ולא כוכב יחיד. ואז אפשר למדל באופן מדויק רק תכונות גלקטיות בקנה מידה גדול, לא קטן. הקושי הליבתי טמון ברווחי הזמן בין כל שלב בהדמיה – שינויים מהירים הכוללים כוכבים פרטניים, כמו התפתחות סופרנובה, אפשר ללכוד רק אם ההדמיה מתקדמת בתוספות קטנות מספיק.
חומת החישוביות: מגבלות מחשבי על המסורתיים
הקטנת רווחי הזמן מגדילה את העומס החישובי. אפילו ההדמיה הקונבנציונלית מבוססת הפיזיקה החזקה ביותר שקיימת היום תצטרך 315 שעות לחשב מיליון שנים בלבד של התפתחות שביל החלב אם תעקוב אחרי כוכבים פרטניים. בקצב הזה, הדמיה של מיליארד שנים תארך יותר מ-36 שנים של זמן אמת. הוספת עוד ליבות של מחשבי על אינה פתרון מעשי, כי הן צורכות כמויות אנרגיה עצומות וההגדלה אינה יעילה כשמוסיפים עוד.
הצוות תכנן אסטרטגיה חדשה המשלבת מודל למידה עמוקה חלופי עם הדמיה פיזית סטנדרטית. הרכיב החלופי אומן באמצעות הדמיות ברזולוציה גבוהה של סופרנובה ולמד איך גז מתפזר ב-100,000 השנים שאחרי הפיצוץ, וזאת מבלי לנצל את מלוא המשאבים מהמודל הראשי. זה מאפשר להדמיה ללכוד את התנועה הרחבה של הגלקסיה וגם את ההתנהגות המפורטת של אירועים כמו סופרנובות.
עוד בנושא באתר הידען:
