构建可追踪千亿级恒星的银河系模拟模型

科技日报北京11月18日消息，据美国《每日科学》网站16日报道，来自日本理化学研究所、东京大学以及西班牙巴塞罗那大学的研究人员联合开发出一种全新的银河系模型。该模型融合了人工智能和高精度数值模拟技术，首次可细致追踪超过千亿颗恒星的演化过程，模拟可纳入的恒星数量，比以往最高水平提升了百倍。

长期以来，天体物理专家努力建立能准确反映每颗恒星动态的银河系模型。过去受制于算力，模型通常只能涵盖模拟约10亿个太阳质量的天体，与实际银河系中逾千亿颗恒星的规模相去甚远。为了减轻计算量，科学家往往将若干颗恒星集合为一个“粒子”进行处理，但这样无法细致还原许多关键天文现象。

难题在于，提升模型分辨率会令计算需求飞速增加。基于现有的物理框架，想模拟银河系百万年发展便需约315小时，想要推演十亿年时间则耗时长达36年，而且算力的增加并不总带来效率提升，反而会消耗更多电力。

对此，研究团队提出了创新方案：将深度学习模型与传统物理模拟相结合。他们用高分辨率的超新星爆发数据训练AI，使机器能够准确预测超新星爆发后十万年内星际气体的流动。这一方法不仅实现了对银河系长期演化的整体把控，还能细致展现单个超新星的爆发过程。经日本“富岳”超级计算机和东京大学Miyabi系统测试比对，方案的有效性已获确认。

得益于这一新技术，团队得以在单颗恒星分辨率下模拟千亿恒星系统，并将百万年时长的模拟缩短至2.78小时，十亿年演化周期也仅需115天。此次突破标志着AI辅助下的天体模拟已从过去的模式识别迈入科学探索的新阶段，未来甚至有望帮助科研人员揭示银河系中生命元素的起源。