لجأ علماء الفلك إلى التعلم العميق لمحاكاة الانفجارات الكونية التي تحدث عندما تموت النجوم الضخمة لتحسين فهمهم لتكوين المجرة وتطورها.
نمذجة أكثر دقة للجوانب التي يصعب محاكاتها المستعرات الأعظم يقول الباحثون إن هذا الاكتشاف يمكن أن يلقي الضوء على كيفية انتشار العناصر الكيميائية اللازمة للحياة عبر الكون.
التطوير الجديد هو عمل فريق بقيادة عالم الفلك كيا هيراشيما من جامعة طوكيو، والذين استلهموا التطبيق الأول تعلم عميق – الذي يساعد أجهزة الكمبيوتر على التعرف على الأنماط في مجموعات البيانات المختلفة – لتمضية الوقت لحدث يسمى Hackathon.
“الزمن ظاهرة معقدة للغاية، لكنه يتلخص في نهاية المطاف في حسابات ديناميكيات الموائع،” هيراشيما جاء ذلك في الإعلان. “لذلك تساءلت عما إذا كان بإمكاننا تعديل نماذج التعلم العميق المستخدمة للتنبؤ بالطقس وتطبيقها على نظام سائل آخر، ولكنه موجود على نطاق أوسع بكثير ولا يمكننا الوصول إليه بشكل مباشر – مجال بحثي، المستعر الأعظم انفجارات.”
متعلق ب: لقد اكتشف الذكاء الاصطناعي للتو أول مستعر أعظم له. هل يمكن أن تحل محل صائدي الانفجارات البشرية؟
كيف تربط المستعرات الأعظم أجيال النجوم معًا
خلال حياته، النجوم يقوم بتكوين عناصر كيميائية داخل قلبه من خلال الاندماج النووي، الذي يكسر ذرات العناصر الأخف لتكوين عناصر أثقل، ويتم إطلاق الفرق في الكتلة كطاقة تسمح للنجم بالتألق. كلما كان النجم أكثر ضخامة، كلما كانت العناصر التي يمكنه تكوينها أثقل، ولكن كل الأجسام النجمية لها حدودها.
وعندما لا يتمكن النجم من تكوين العناصر الأثقل اللاحقة، يتوقف الاندماج النووي، ونتيجة لذلك، يتوقف أيضًا الضغط الخارجي الذي كان يحمي النجم من قوته الداخلية الساحقة لملايين أو مليارات السنين. جاذبية. عندما ينهار قلب النجم، يتم إخراج الطبقات الخارجية إلى الخارج في انفجار هائل يسمى المستعر الأعظم. يؤدي هذا إلى توسيع وفرة العناصر التي أنشأها النجم خلال حياته إلى الفضاء السحيق.
تجد هذه المادة طريقها في النهاية إلى الجيل التالي من النجوم والكواكب التي تدور حولها. وأخيراً هذا الاشياء النجمية تم دمجها في جميع أشكال الحياة التي تتطور في تلك العوالم – على سبيل المثال، البشر. وهذا يعني أن المستعرات الأعظم ضرورية لفك رموز قصة أصلنا.
المستعرات الأعظم قوية جدًا لدرجة أن لها أيضًا تأثيرًا كبيرًا على المجرات المحيطة بها، مما يعني أنها لاعبون رئيسيون في جوانب تطور المجرة بخلاف التخصيب الكيميائي. ولذلك، فإن معرفة كيف تتصرف المستعرات الأعظم هو المفتاح لمعرفة كيف المجرات التغير مع مرور الوقت.
قصص ذات الصلة:
— لا تزال المئات من بقايا المستعر الأعظم مخفية في مجرتنا. يريد هؤلاء الفلكيون العثور عليهم
— صور المستعر الأعظم: صور مذهلة للنجوم المتفجرة
— كيف يساعدنا الذكاء الاصطناعي في استكشاف النظام الشمسي
قال هيراشيما: “المشكلة هي الوقت الذي يستغرقه حساب الطريقة التي تنفجر بها المستعرات الأعظم. في الوقت الحالي، تعمل العديد من نماذج المجرات طويلة الأمد على تبسيط الأمور من خلال التظاهر بأن المستعرات الأعظم تنفجر بطريقة كروية تمامًا، لأن حساب ذلك سهل نسبيًا”. “ومع ذلك، فهي في الواقع غير متماثلة تمامًا. فبعض أجزاء غلاف المادة التي تشكل حدود الانفجار أكثر تعقيدًا من غيرها.”
وقد ساعد تطبيق التعلم العميق العلماء على تحديد أجزاء الانفجار التي تتطلب المزيد من الاهتمام أثناء المحاكاة والأجزاء الأقل. وقد ضمن هذا أفضل دقة وقلل من إجمالي الوقت اللازم للحسابات المعنية.
وأضاف هيراشيما: “هذه الطريقة لتقسيم المشكلة تسمى الانقسام الهاملتوني”. “يمكن لنموذجنا الجديد، 3D-MIM، تقليل عدد الخطوات الحسابية في حساب 100000 سنة من تطور المستعر الأعظم بنسبة 99٪. لذلك أعتقد أننا سنساعد حقًا في تقليل عنق الزجاجة أيضًا.”
قد يبدو ذلك بسيطًا، لكن التعلم العميق يتطلب تدريبًا عميقًا، ولتدريب النظام، كان على الفريق إجراء مئات من عمليات المحاكاة، الأمر الذي تطلب ملايين الساعات من وقت الكمبيوتر. كان هذا الجهد الهائل يستحق كل هذا العناء، ويأمل الفريق الآن في إمكانية تطبيق الطريقة المستخدمة لإنشاء 3D-MIM على الظواهر الفيزيائية الفلكية الأخرى التي تؤثر على تطور المجرات. ويتضمن ذلك ولادة مجرات كبيرة مكونة للنجوم تسمى مناطق الانفجار النجمي.
قام الفريق بتطبيق 3D-MIM على نهاية حياة النجوم، ويمكنه الآن تطبيق نفس النموذج على بداية حياتهم، وبالتالي نمذجة ميلاد النجوم بشكل أفضل.
تم نشر بحث الفريق على الإنترنت الشهر الماضي في المجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.