KI beschleunigt Simulationen zur Galaxienentwicklung

TOKIO / LONDON (IT BOLTWISE) – Die Integration von Künstlicher Intelligenz in astrophysikalische Simulationen eröffnet neue Möglichkeiten zur Erforschung der Galaxienentwicklung. Forscher haben ein KI-gestütztes Modell entwickelt, das die Rechenzeit für Simulationen erheblich verkürzt und dennoch die komplexen Dynamiken der Sternentstehung und Galaxienausflüsse akkurat abbildet.

Die Erforschung der Galaxienentwicklung ist ein zentrales Thema in der Astrophysik, das durch die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) neue Impulse erhält. Traditionell basieren Simulationen auf umfangreichen Datenmengen, die mit Teleskopen und anderen Instrumenten gesammelt werden. Diese Simulationen müssen komplexe physikalische Prozesse wie Schwerkraft, Hydrodynamik und Thermochemie berücksichtigen, um ein realistisches Bild der Galaxienentwicklung zu zeichnen.

Ein wesentlicher Engpass bei der Simulation von Galaxien ist die erforderliche Rechenzeit. Herkömmliche Supercomputer benötigen oft ein bis zwei Jahre, um eine Simulation mit der nötigen zeitlichen Auflösung durchzuführen. Dies ist besonders problematisch, wenn es darum geht, kritische Ereignisse wie die Ausdehnung einer Supernova-Hülle zu erfassen, die in einem sehr kurzen Zeitrahmen von nur wenigen hundert Jahren ablaufen.

Ein Forscherteam des RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS) in Japan hat nun ein KI-gestütztes Modell entwickelt, das diesen Engpass überwindet. Durch die Integration von KI in das datengesteuerte Modell konnten die Forscher die Rechenzeit um das Vierfache reduzieren, ohne die Genauigkeit der Simulation zu beeinträchtigen. Dies entspricht einer Reduzierung der Rechenzeit um mehrere Monate bis zu einem halben Jahr.

Das KI-Modell wurde anhand von 300 Simulationen einer isolierten Supernova in einer Molekülwolke mit einer Masse von einer Million Sonnen trainiert. Nach dem Training war das Modell in der Lage, die Dichte, Temperatur und die dreidimensionalen Geschwindigkeiten des Gases 100.000 Jahre nach einer Supernova-Explosion vorherzusagen. Die Ergebnisse waren vergleichbar mit denen direkter numerischer Simulationen, benötigten jedoch deutlich weniger Zeit.

Die Anwendung von KI in der Astrophysik ist bisher noch begrenzt, doch die aktuellen Fortschritte zeigen das Potenzial dieser Technologie. Ulrich Steinwandel vom Max-Planck-Institut für Astrophysik betont, dass die Methodik nicht nur die globalen Eigenschaften der Sternentstehung und des Ausflusses simulierter Galaxien erfassen kann, sondern auch die detaillierte Phasenstruktur dieser mehrphasigen Strömungen.

Der Einsatz von KI in astrophysikalischen Simulationen könnte die Art und Weise, wie wir das Universum verstehen, grundlegend verändern. Die Möglichkeit, komplexe physikalische Prozesse schneller und effizienter zu simulieren, eröffnet neue Forschungsfelder und könnte zu einem tieferen Verständnis der Galaxienentwicklung führen. Die Forscher planen, das neue Framework für die Simulation einer Galaxie in der Größe der Milchstraße zu nutzen, um weitere Erkenntnisse zu gewinnen.

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