Terve galaktika mudeldada on tohutu väljakutse. See on peaaegu sama keeruline kui püüda jälgida iga üksiku tolmukübeme liikumist hiiglaslikus tormipilvede massis. Linnutee on lihtsalt liiga suur, liiga keeruline ja liiga dünaamiline, et seda saaks samm-sammult klassikaliste meetoditega täpselt välja arvutada.
Jaapani teadlaste ning mitme Euroopa uurimisasutuse meeskond suutis aga teha midagi, mis näis seni võimatu – nad lõid Linnutee ülitäpse simulatsiooni, kus on eristatav iga üksik täht ja isegi üksikud supernoovad.
Uus lähenemine: iga täht eraldi nähtav
Siiani modelleerisid teadlased tähti pigem ühtsete massiüksustena, sest iga tähe eraldi käitumise arvutamine oli lihtsalt liiga keeruline ja aeganõudev. Uus simulatsioon võimaldab esimest korda jälgida peeneid detaile, millel on tohutu mõju tervele galaktikale.
Kuigi massiivseid tähti on suhteliselt vähe, määravad just nemad suure osa galaktika arengust – alates uute keemiliste elementide tekkest kuni gaasi liikumiseni tähtedevahelises ruumis.
Peamine väljakutse on mastaap
Suurim raskus seisneb mastaabis. Linnutee ulatub äärealadest äärealadeni ligi 200 000 valgusaasta laiusele, samal ajal kui plahvatava tähe – supernoova – mõju ulatust mõõdetakse vaid mõne valgusaasta ja suhteliselt lühikeste ajavahemikega.
Kui üritada kõike kuni viimase detailini täpselt välja arvutada, tuleb simulatsioonis ajas liikumist nii palju aeglustada, et terve mudel justkui „hangub“. Nii juhtuski varem, et isegi kõige võimsamad superarvutid ei tulnud ülesandega toime ja jäid kinni keerukatesse füüsikaprotsessidesse.
Jaapani teadlased leidsid sellele muljetavaldava lahenduse. Selle asemel, et iga supernoova arengut samm-sammult läbi arvutada, kasutavad nad närvivõrku, mis suudab kohe ennustada, milline näeb gaasi jaotus välja 100 000 aasta pärast. See on mitte ainult kordades kiirem, vaid ka täpsem.
Kuidas see täpselt toimib?
Spetsiaalne tehisintellekti mudel treeniti tuhandete varasemate, ülitäpsete supernoovade simulatsioonide pealt. Nii õpib süsteem ennustama gaasipilvede muutusi nii, nagu jälgiks ta protsessi reaalajas looduses.
Kõik arvutused tehakse superarvuti „Fugaku“ abil, mis saab nüüd oma täit võimsust kasutada, ilma et takerduks pisimate füüsikaliste detailide taha. Tänu sellele töötab uus simulatsioon rohkem kui sada korda kiiremini kui varasemad mudelid.
Selline lähenemine ei ole kasulik ainult astrofüüsikas. Sarnaseid meetodeid saab tulevikus rakendada ka kliimauuringutes, ilmaprognoosides, materjaliteaduses ja isegi kosmiliste suurstruktuuride mudeldamisel.
Galaktika, mis ärkab otse ekraanil ellu
Esimest korda saame näha Linnuteed kui elavat ja muutuvat tervikut. Simulatsioonis on näha, kuidas plahvatavad tähed saadavad lööklaineid läbi spiraalharude, kuidas gaasipilved kuju muudavad ja kuidas nendes sünnivad uued tähed.
See annab täiesti uue vaatenurga meie kohale universumis ning võimaldab mõista, kuidas kosmiline keskkond, milles me asume, ajas areneb.
Enamat kui lihtsalt tehniline saavutus
Sellist läbimurret on kaua oodatud. See meenutab, et inimkond on võimeline palju enamaks kui vaid sotsiaalmeedia lõputuks „skrollimiseks“ – me suudame luua tööriistu, mis aitavad mõista kogu universumi toimimist.
See on oluline samm nii sügavama kosmosemõistmise kui ka tuleviku tehnoloogiate suunas, näidates, kuidas tehisintellekt ja superarvutid koos võivad avada täiesti uusi teadmistevaldkondi.
