Японские ученые из RIKEN iTHEMS вместе с коллегами из Института астрофизики Макса Планка и Flatiron Institute впервые применили машинное обучение, чтобы ускорить расчеты эволюции галактик с учетом взрывов сверхновых. Это может помочь разгадать, как формировался Млечный Путь и откуда в нем взялись элементы, необходимые для жизни.

Результаты опубликованы в издании The Astrophysical Journal.

Галактики меняются под воздействием мощных событий вроде взрывов звезд, но увидеть этот процесс в реальном времени невозможно. Ученые создают компьютерные модели, учитывающие гравитацию, движение газа, химические реакции и другие сложные факторы. Главная проблема — временное разрешение: чтобы не пропустить ключевые моменты, например, расширение оболочки сверхновой, нужно делать снимки галактики каждые несколько сотен лет. Обычные суперкомпьютеры тратят на такие расчеты 1–2 года даже для небольшой галактики.

Команда Кейи Хирасимы обошла это ограничение с помощью ИИ. Их модель обучали на 300 симуляциях взрыва сверхновой в молекулярном облаке массой в миллион солнц. После обучения ИИ смог предсказать плотность, температуру и скорость газа через 100 000 лет после взрыва — и сделал это в четыре раза быстрее традиционных методов.

Наша модель воспроизводит ключевые процессы: звездообразование, выбросы вещества из галактики, — говорит Хирасима. — Теперь мы можем моделировать крупные галактики, такие как Млечный Путь, и изучать, как в них появились условия для жизни.

Сейчас команда уже запустила симуляцию нашей галактики.

Главный плюс — экономия времени. Если раньше расчеты занимали годы, теперь их можно провести за месяцы. Это ускорит изучение:

• Химической эволюции галактик — как в них накапливались тяжелые элементы (углерод, кислород, железо), без которых невозможна жизнь.
• Роли сверхновых — как их взрывы влияют на форму галактик и рождение новых звезд.
• Происхождения Солнечной системы — какие условия были в Млечном Пути, когда формировалось Солнце.

Модель обучали на изолированных сверхновых в идеализированных условиях. В реальных галактиках взрывы происходят в сложной среде с магнитными полями, турбулентностью и соседними звездами. Если ИИ не учитывает эти факторы, его прогнозы могут оказаться неточными.

Ранее ученые открыли важный компонент звездообразования.