لجأ علماء الفلك إلى التعلم العميق لمحاكاة الانفجارات الكونية التي تحدث عندما تموت النجوم الضخمة، وذلك 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، والذي استوحى الفكرة من التطبيق الأول تعلم عميق – الذي يساعد أجهزة الكمبيوتر على التعرف على الأنماط عبر مجموعات البيانات المختلفة – للتكيف مع حدث يسمى Hackathon.
“الطقس ظاهرة معقدة للغاية، لكنها في النهاية تتلخص في حسابات ديناميكيات الموائع،” هيراشيما قال في بيان. “لذا، تساءلت عما إذا كان بإمكاننا تعديل نماذج التعلم العميق المستخدمة للتنبؤ بالطقس وتطبيقها على نظام سائل آخر، ولكنه موجود على نطاق أوسع بكثير ولا نفتقر إلى الوصول المباشر إليه – مجال بحثي، انفجارات السوبرنوفا”.
متعلق ب: لقد رصدت منظمة العفو الدولية للتو المستعر الأعظم الأول. هل يمكن أن يحل محل صائدي الانفجارات البشرية؟
كيف تربط المستعرات الأعظم أجيال النجوم معًا
خلال حياتهم، النجوم تشكيل العناصر الكيميائية داخل قلوبها عن طريق الاندماج النووي، الذي يحطم ذرات العناصر الأخف معًا لتكوين عناصر أثقل، مع إطلاق فرق الكتلة كطاقة تسمح للنجم بالتألق. كلما كان النجم أكثر ضخامة، زادت ثقل العناصر التي يمكن أن يشكلها، ولكن كل الأجسام النجمية لها حدودها.
عندما لا يعود النجم قادرًا على تكوين عناصر أثقل، يتوقف الاندماج النووي، ونتيجة لذلك، يتوقف أيضًا الضغط الخارجي الذي كان يحمي النجم لملايين أو مليارات السنين من القوة الساحقة الداخلية الخاصة به. جاذبية. عندما ينهار قلب النجم، تندفع الطبقات الخارجية إلى الخارج في انفجار هائل يسمى المستعر الأعظم. يؤدي هذا إلى نشر وفرة العناصر التي صنعها النجم خلال حياته في الفضاء السحيق.
تجد هذه المادة طريقها في النهاية إلى الجيل التالي من النجوم والكواكب التي تدور حولها. في نهاية المطاف، هذا الاشياء النجمية يتم دمجها في أي 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 هائلاً على المجرات المحيطة بها، مما يعني أنها لاعبون رئيسيون في جوانب تطور المجرة بخلاف التخصيب الكيميائي. وبالتالي، 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 رائعة لانفجارات النجوم
– كيف يساعدنا الذكاء الاصطناعي في استكشاف النظام الشمسي
وقال هيراشيما: “المشكلة هي الوقت الذي يستغرقه حساب الطريقة التي تنفجر بها المستعرات الأعظم. حاليًا، تعمل العديد من نماذج المجرات على مدى فترات زمنية طويلة على تبسيط الأمور من خلال التظاهر بأن المستعرات الأعظم تنفجر بطريقة كروية تمامًا، حيث يسهل حساب ذلك نسبيًا”. “ومع ذلك، فهي في الواقع غير متماثلة تمامًا. فبعض مناطق غلاف المادة التي تشكل حدود الانفجار أكثر تعقيدًا من غيرها.”
وقد ساعد تطبيق التعلم العميق العلماء على تحديد أجزاء الانفجار التي تتطلب مزيدًا من الاهتمام أثناء المحاكاة وأيها تتطلب اهتمامًا أقل. وهذا يضمن أفضل دقة ويقلل أيضًا الوقت الإجمالي اللازم للحسابات المعنية.
وأضاف هيراشيما: “هذه الطريقة لتقسيم المشكلة تسمى التقسيم الهاملتوني”. “يمكن لنموذجنا الجديد، 3D-MIM، تقليل عدد الخطوات الحسابية في حساب 100000 عام من تطور المستعر الأعظم بنسبة 99٪. لذا، أعتقد أننا سنساعد حقًا في تقليل عنق الزجاجة أيضًا.”
قد يبدو ذلك واضحًا، لكن التعلم العميق يتطلب تدريبًا عميقًا، ولتدريب النظام، كان على الفريق إجراء مئات من عمليات المحاكاة، والتي استغرقت ملايين الساعات من وقت الكمبيوتر. كان هذا الجهد الضخم يستحق كل هذا العناء، حيث يأمل الفريق الآن في إمكانية تطبيق الطريقة المستخدمة لإنشاء 3D-MIM على الظواهر الفيزيائية الفلكية الأخرى التي تؤثر على تطور المجرة. يتضمن ذلك ولادة بقع كبيرة من المجرات تشكل النجوم تسمى مناطق الانفجار النجمي.
قام الفريق بتطبيق 3D-MIM على نهاية حياة النجوم ويمكنه الآن أيضًا تطبيق نفس النموذج على بداية حياتهم، وبالتالي نمذجة ولادة النجوم بشكل أفضل أيضًا.
تم نشر بحث الفريق على الإنترنت الشهر الماضي في المجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.