AI creëert grootste Melkweg-simulatie ooit gemaakt

Doorbraak in galactische modellering

Wetenschappers hebben een monumentale doorbraak bereikt in de astrofysica door de grootste en meest gedetailleerde simulatie van onze Melkweg ooit te creëren. Met behulp van kunstmatige intelligentie en supercomputerkracht kunnen onderzoekers nu meer dan 100 miljard individuele sterren volgen gedurende 10.000 jaar van galactische evolutie - een prestatie die voorheen computationeel onmogelijk werd geacht.

Overwinnen van computationele barrières

De belangrijkste innovatie ligt in hoe het onderzoeksteam, onder leiding van Keiya Hirashima bij RIKEN's Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences, de fundamentele uitdaging van multi-schaal fysica aanpakte. 'Het probleem was altijd dat sterrenstelsels evolueren over miljarden jaren, maar cruciale gebeurtenissen zoals supernova's plaatsvinden op tijdschalen van jaren tot duizenden jaren,' legde Dr. Hirashima uit. 'Traditionele simulaties moesten kleine tijdstappen nemen wanneer een supernova plaatsvond, waardoor miljardenjaren simulaties praktisch onmogelijk waren.'

AI-aangedreven supernova-voorspelling

De doorbraak kwam door een deep learning neuraal netwerk te trainen om te voorspellen hoe gas zich uitbreidt na supernova-explosies. In plaats van elke explosie stap-voor-stap te berekenen, kan het AI-systeem direct de gasverdeling na 100.000 jaar voorspellen. Hierdoor kan de hoofd-simulatie doorgaan met grote tijdstappen terwijl de AI de complexe fysica van sterexplosies op de achtergrond afhandelt.

Het team gebruikte Japan's krachtige Fugaku supercomputer samen met het Miyabi-systeem aan de Universiteit van Tokyo om de simulatie uit te voeren. De resultaten zijn verbijsterend: het nieuwe model vertegenwoordigt 300 miljard deeltjes (sterren, gas en donkere materie) - meer dan 300 keer de vorige recordhouder.

Ongekende snelheid en schaal

De computationele verbeteringen zijn even indrukwekkend. 'Wat voorheen weken kost, duurt nu slechts uren,' zei een teamlid van de Universiteit van Tokyo. 'We kunnen één miljoen jaar galactische evolutie simuleren in minder dan drie uur, vergeleken met de 36 jaar die het zou kosten met conventionele methoden voor een miljard jaar simulatie.'

Deze snelheidstoename van meer dan 100 keer maakt het voor het eerst mogelijk om de hele Melkweg op individuele sterresolutie te modelleren. De simulatie omvat 7 miljoen CPU-kernen die parallel werken, waardoor het meest uitgebreide beeld ooit van ons galactische thuis ontstaat.

Wetenschappelijke implicaties en beperkingen

De implicaties voor de astronomie zijn diepgaand. Onderzoekers kunnen nu traceren hoe elementen essentieel voor leven - koolstof, zuurstof en ijzer - zich via supernova-explosies door de Melkweg verspreiden. 'Dit helpt ons te begrijpen hoe de bouwstenen van planeten en leven zelf door de Melkweg werden verspreid,' merkte een astrofysicus van de Universitat de Barcelona die aan het project meewerkte op.

De onderzoekers erkennen echter beperkingen. Het AI-model is getraind op specifieke omstandigheden en biedt benaderingen in plaats van exacte berekeningen. Ook, hoewel het supernova's efficiënt afhandelt, vereisen andere complexe processen zoals zwart gat vorming en stergeboorte uit gaswolken nog steeds traditionele rekenmethoden.

Bredere toepassingen

De technologie heeft toepassingen buiten de astrofysica. Dezelfde AI-versnelde aanpak zou klimaatmodellering, weersvoorspelling en andere velden die integratie van processen over verschillende schalen vereisen kunnen revolutioneren. 'Dit vertegenwoordigt een fundamentele verschuiving in hoe we multi-schaal, multi-fysica problemen aanpakken,' benadrukte Dr. Hirashima. 'AI beweegt zich voorbij patroonherkenning om een echt hulpmiddel voor wetenschappelijke ontdekking te worden.'

Het onderzoek werd gepresenteerd op de SC '25 supercomputing conferentie en markeert een nieuw tijdperk in computationele wetenschap, waar kunstmatige intelligentie en traditionele fysica-simulaties samenwerken om mysteries van het universum te ontsluiten die voorheen buiten ons bereik lagen.