科学家首次模拟逾千亿颗银河系恒星的演化过程

研究人员运用700万个CPU核心，对上千亿颗恒星进行了迄今最全面的银河系模拟。

一个国际科研团队完成了对银河系的超精密模拟。该团队首次成功对超过1000亿颗独立恒星进行演化模拟，完整呈现了它们数万年间的演变历程。

科学家们结合人工智能与数值模拟技术，实现了这一尖端模拟。据团队介绍，该方法使得模拟的恒星数量达到现有最佳模型的100倍，且运算速度提升百倍。

银河系模拟突破

此前，科学家在模拟银河系等大型星系时，始终无法同步构建大量独立恒星模型。这项新模拟综合考虑了元素合成、超新星爆发、引力与流体动力学等多重因素 —— 这些现象发生在截然不同的时间尺度上，使得同步模拟极具挑战。

由日本理化学研究所跨学科理论与数学科学中心（iTHEMS）平岛庆哉领导的国际团队，集结了东京大学与西班牙巴塞罗那大学的科学家。他们相信这项新方法可应用于其他天体物理学研究乃至气候科学领域。

在新技术出现前，最优模拟方案的质量上限仅约10亿倍太阳质量。而银河系实际包含超1000亿颗恒星，这意味着原有模拟无法精确呈现星系全貌。由于模拟中最小的"粒子"代表的是相当于100倍太阳质量的星团，仅能准确呈现大规模天文现象。

研究团队将成果发表于国际超级计算大会SC'25，并通过理研"富岳"超级计算机与东京大学"Miyabi"超级计算系统的测试数据对比验证了模拟结果。这项新模拟将帮助天体物理学家检验恒星形成、星系演化等宇宙过程的理论，从而更深入理解人类在宇宙中的位置。

115天模拟十亿年演化

研究人员指出，即使采用传统最优方法，模拟所需时间也令人望而却步。例如对银河系进行单恒星级模拟时，每百万年演化需耗时315小时。按此速率，模拟十亿年星系演化需超过36年。

由于持续增加超算核心并非可行方案，团队开创性地将深度学习代理模型与物理模拟相结合。通过对超新星爆发的高分辨率模拟训练，深度学习模型掌握了超新星爆发后10万年间气体膨胀的规律。

该方法实现了对含千亿恒星的庞大星系进行单恒星级解析。运用此技术，每百万年演化模拟仅需2.78小时，这意味着模拟十亿年宇宙变迁仅需115天。

平岛庆哉在新闻声明中阐释："我相信人工智能与高性能计算的融合，标志着处理计算科学中多尺度、多物理场问题的方式发生根本性转变。这项成就同时证明，AI加速模拟已超越模式识别范畴，正成为真正的科学发现工具 —— 它将帮助我们追溯构成生命本身的元素在银河系中的诞生历程。"

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