Dank KI: Komplette Milchstraße inklusive ihrer 100 Milliarden Sterne simuliert

Einem internationalen Forschungsteam ist es erstmals gelungen, die Milchstraße bis hinunter zu ihren etwa 100 Milliarden Sternen komplett zu simulieren, und zwar für einen Zeitraum von 10.000 Jahren. Das hat das japanische Forschungsinstitut Riken mitgeteilt, das die Arbeit geleitet hat. Demnach umfasst die Simulation nicht nur 100-mal so viele Sterne wie die bisher leistungsfähigsten Vorgänger, sie wurde auch 100-mal schneller fertiggestellt. Ermöglicht wurde das demnach durch die Einbeziehung von KI-Algorithmen. Das Vorgehen sei jetzt nicht nur für die Astrophysik von großem Wert, es könne auch bei der Erforschung des Klimawandels und von Wettermustern helfen, ergänzt die Forschungsgruppe.

Deutlich schneller als bisherige Simulationen

Wie die Forscherinnen und Forscher ausführen, konnten mit den bisher besten Simulationen nur maximal eine Milliarde Sterne modelliert werden, Berechnungen zur Milchstraße hatten also als kleinste Einheit immer nur Haufen aus 100 Sternen. Was individuellen Sternen passiert, wurde herausgerechnet. Das war aber vor allem problematisch, weil ein explodierender Einzelstern als Supernova weit über seine direkte Umgebung hinaus Einfluss nehmen kann. Gleichzeitig hätte es 36 Jahre gedauert, wenn man eine Million Jahre in der Entwicklung der Milchstraße mit der jetzt erreichten Detailgenauigkeit hätte simulieren wollen. Mit der jetzt entwickelten Methode würde das lediglich 115 Tage dauern.

Für die verbesserte Simulation hat das Team unter anderem ein KI-Modell mit hochaufgelösten Modellen von Sternenexplosionen trainiert, aus denen die Ausbreitung des ausgestoßenen Gases über 100.000 Jahre abgeleitet werden konnte. In der Folge müssen bei der Simulation der ganzen Galaxie keine Ressourcen mehr für diese Prozesse abgezweigt werden, schreibt das Team. Damit könnten gleichzeitig Dynamiken in der gesamten Galaxie simuliert und enger begrenzte Phänomene wie die Supernovae einbezogen werden. Zur Verifizierung hat das Team die Ausgabedaten mit denen etablierter Simulationen von Supercomputern abgeglichen.

Die Verantwortlichen geben sich überzeugt, dass ihre Herangehensweise auch in anderen rechenintensiven Wissenschaftszweigen eine große Hilfe darstellen kann. Sie verweisen auf Simulationen des Wetters, von Ozeanen und des Klimas insgesamt. In allen müssten eng begrenzte Prozesse mit systemweiten in Verbindung gebracht werden. Zudem zeige ihre Arbeit einmal mehr, dass durch KI beschleunigte Simulationen ein echtes wissenschaftliches Werkzeug sein können. Im konkreten Fall könnten sie uns beispielsweise aufzeigen, wie jene Stoffe in der Milchstraße entstanden sind, aus denen sich schließlich das Leben auf der Erde entwickelt hat. Die Forschungsarbeit dazu wurde zur Supercomputing-Konferenz SC 25 vorgestellt und ist öffentlich einsehbar.

(mho)