|
Глубокое обучение ускоряет галактические вычисления
|
|
|
|
Сверхновые, или взрывающиеся звезды, играют решающую роль в формировании и эволюции галактик. Однако ключевые аспекты этих явлений, как известно, трудно точно смоделировать за достаточно короткие промежутки времени. Впервые группа исследователей, в том числе из Токийского университета, применила глубокое обучение к проблеме моделирования сверхновых. Работа опубликована в журнале Monthly Notifications of the Royal Astronomical Society. Их подход может ускорить моделирование сверхновых, а, следовательно, и формирование и эволюцию галактик. Эти симуляции включают в себя эволюцию химии, которая привела к жизни. Глубокое обучение широко используется в исследованиях. Недавно команда на технологическом мероприятии под названием «хакатон» применила глубокое обучение для прогнозирования погоды. Это оказалось весьма эффективным, и это заставило задуматься аспиранта Кейю Хирасиму с факультета астрономии Токийского университета.
|
|
|
|
«Погода — очень сложное явление, но в конечном итоге оно сводится к расчетам гидродинамики», — сказал Хирасима. «Итак, я задался вопросом, можем ли мы изменить модели глубокого обучения, используемые для прогнозирования погоды, и применить их к другой жидкостной системе, но той, которая существует в гораздо большем масштабе и к которой у нас нет прямого доступа: моя область исследований — взрывы сверхновых». Сверхновые возникают, когда достаточно массивные звезды сгорают большую часть своего топлива и разрушаются в результате огромных взрывов. Они настолько огромны, что могут влиять и действительно влияют на большие территории внутри родительских галактик. Если бы сверхновая произошла несколько сотен лет назад в пределах нескольких сотен световых лет от Земли, вы, возможно, не читали бы эту статью прямо сейчас. Итак, чем лучше мы понимаем сверхновые, тем лучше мы сможем понять, почему галактики такие, какие они есть.
|
|
|
«Проблема заключается в том, сколько времени требуется для расчета способа взрыва сверхновых. В настоящее время многие модели галактик на длительных промежутках времени упрощают ситуацию, делая вид, что сверхновые взрываются идеально сферическим образом, поскольку это относительно легко вычислить», — сказал Хирасима. «Однако на самом деле они совершенно асимметричны. Некоторые области оболочки материала, образующие границу взрыва, более сложны, чем другие. Мы применили глубокое обучение, чтобы помочь выяснить, какие части взрыва требуют больше или меньше внимания. во время моделирования, чтобы обеспечить максимальную точность и в целом занять наименьшее количество времени. «Такой способ разделения задачи называется гамильтоновым расщеплением. Наша новая модель, 3D-MIM, может сократить количество вычислительных шагов при расчете 100 000 лет эволюции сверхновой на 99%. Так что, я думаю, мы действительно поможем сократить тоже узкое место».
|
|
|
|
Конечно, глубокое обучение требует глубокой подготовки. Хирасиме и его команде пришлось провести сотни симуляций, отнявших миллионы часов компьютерного времени (суперкомпьютеры очень параллельны, поэтому этот отрезок времени пришлось бы разделить между тысячами необходимых вычислительных элементов). Но их результаты доказали, что оно того стоило. Теперь они надеются применить свою методологию к другим областям астрофизики; например, на эволюцию галактик также влияют большие области звездообразования. 3D-MIM моделирует смерть звезд и, возможно, вскоре его будут использовать и для моделирования их рождения. Он может даже найти применение помимо астрофизики в других областях, требующих высокого пространственного и временного разрешения, таких как моделирование климата и землетрясений.
|
|
|
|
Источник
|
