NOVEMBER 17, 2025
The simulated Milky Way: 100 billion stars using 7 million CPU cores
Édité par Sadie Harley, relu par Robert Egan
Notes de la rédaction : Vues de face (à gauche) et de profil (à droite) d’un disque galactique de gaz. Ces instantanés de la distribution du gaz après une explosion de supernova ont été générés par un modèle de substitution basé sur l’apprentissage profond. Crédit : RIKEN
Des chercheurs ont réalisé avec succès la première simulation mondiale de la Voie lactée représentant fidèlement plus de 100 milliards d’étoiles individuelles sur une période de 10 000 ans. Cet exploit a été accompli en combinant intelligence artificielle (IA) et simulations numériques. Non seulement la simulation représente 100 fois plus d’étoiles individuelles que les modèles de pointe précédents, mais elle a été produite plus de 100 fois plus rapidement.
Publiée dans les actes de la Conférence internationale sur le calcul haute performance, les réseaux, le stockage et l’analyse, cette étude représente une avancée majeure à l’intersection de l’astrophysique, du calcul haute performance et de l’IA. Au-delà de l'astrophysique, cette nouvelle méthodologie peut servir à modéliser d'autres phénomènes tels que le changement climatique et les régimes météorologiques.
Les défis de la simulation de la Voie lactée
Les astrophysiciens s'efforcent de créer une simulation de la Voie lactée jusqu'à ses étoiles individuelles, afin de confronter les théories de la formation, de la structure et de l'évolution stellaire des galaxies aux observations réelles. L'élaboration de modèles précis de l'évolution des galaxies est complexe car elle doit prendre en compte la gravité, la dynamique des fluides, les explosions de supernovae et la synthèse des éléments, autant de phénomènes qui se produisent à des échelles spatiales et temporelles très différentes.
Jusqu'à présent, les scientifiques n'étaient pas parvenus à modéliser de grandes galaxies comme la Voie lactée tout en conservant une haute résolution au niveau stellaire. Les simulations les plus performantes actuelles ont une limite supérieure de masse d'environ un milliard de soleils, alors que la Voie lactée compte plus de 100 milliards d'étoiles. Cela signifie que la plus petite « particule » du modèle est en réalité un amas d'étoiles d'une masse équivalente à 100 soleils. Ce qui arrive aux étoiles individuelles est moyenné, et seuls les événements à grande échelle peuvent être simulés avec précision.
Le problème fondamental réside dans le nombre d'années séparant chaque étape de la simulation : les changements rapides au niveau des étoiles individuelles, comme l'évolution des supernovae, ne peuvent être observés que si l'intervalle de temps entre chaque instantané de la galaxie est suffisamment court.
Limites de calcul et nécessité d'innovation
Or, le traitement de pas de temps plus courts exige plus de temps et de ressources de calcul. Outre la limite de masse actuellement imposée, si la meilleure simulation physique conventionnelle à ce jour tentait de simuler la Voie lactée jusqu'à l'échelle de l'étoile individuelle, il lui faudrait 315 heures pour chaque million d'années de simulation.
À ce rythme, simuler ne serait-ce qu'un milliard d'années d'évolution galactique prendrait plus de 36 ans en temps réel. Cependant, l'ajout incessant de cœurs de supercalculateurs n'est pas une solution viable. Non seulement ils consomment une quantité d'énergie considérable, mais l'augmentation du nombre de cœurs n'accélérera pas nécessairement le processus, car l'efficacité diminue.
En réponse à ce défi, Keiya Hirashima, du Centre RIKEN pour les sciences théoriques et mathématiques interdisciplinaires (iTHEMS) au Japon, avec des collègues de l'Université de Tokyo et de l'Universitat de Barcelona en Espagne, a développé une nouvelle approche qui combine un modèle de substitution d'apprentissage profond avec des simulations physiques.
Le modèle de substitution a été entraîné sur des simulations haute résolution d'une supernova et a appris à prédire l'expansion du gaz environnant pendant les 100 000 années suivant une explosion de supernova, sans utiliser les ressources du reste du modèle. Ce raccourci d'IA a permis à la simulation de modéliser simultanément la dynamique globale de la galaxie ainsi que des phénomènes à fine échelle tels que les explosions de supernova.
Pour vérifier les performances de la simulation, l'équipe a comparé les résultats avec des tests à grande échelle effectués à l'aide du supercalculateur Fugaku de RIKEN et du système de supercalculateur Miyabi de l'Université de Tokyo.
Découvrez les dernières actualités scientifiques, technologiques et spatiales avec plus de 100 000 abonnés qui font confiance à Phys.org pour leurs analyses quotidiennes. Inscrivez-vous à notre newsletter gratuite et recevez quotidiennement ou hebdomadairement des informations sur les découvertes, les innovations et les recherches importantes.
Courriel
Résultats révolutionnaires et implications majeures
Non seulement cette méthode permet de résoudre l'échelle de chaque étoile dans les grandes galaxies de plus de 100 milliards d'étoiles, mais la simulation d'un million d'années n'a pris que 2,78 heures. Cela signifie que le milliard d'années souhaité pourrait être simulé en seulement 115 jours, au lieu de 36 ans.
Au-delà de l'astrophysique, cette approche pourrait transformer d'autres simulations multi-échelles – comme celles utilisées en météorologie, en océanographie et en climatologie – où les simulations doivent relier les processus à petite et à grande échelle.
« Je pense que l'intégration de l'IA au calcul haute performance marque un tournant fondamental dans notre approche des problèmes multi-échelles et multi-physiques en sciences informatiques », déclare Hirashima.
« Cette avancée montre également que les simulations accélérées par l'IA peuvent dépasser la simple reconnaissance de formes pour devenir un véritable outil de découverte scientifique, nous aidant à retracer l'émergence des éléments à l'origine de la vie au sein de notre galaxie. »
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
RESUME
La Voie lactée simulée : 100 milliards d’étoiles grâce à 7 millions de cœurs de processeur
Une simulation de la Voie lactée a modélisé avec précision plus de 100 milliards d’étoiles individuelles sur une période de 10 000 ans grâce à l’intégration de l’intelligence artificielle et des méthodes numériques. Cette approche permet d’obtenir des améliorations d’un facteur 100 en termes de résolution et de vitesse par rapport aux modèles précédents. Elle autorise des simulations détaillées et efficaces à l’échelle galactique et présente des applications potentielles dans la modélisation du climat et de la météorologie.
XXXXXXXXXXXX
COMMENTAIRES
Encore un travail interessant et qi montre le bon usage de l' I A
xxxxxxxxx
100 milliars d 'etoiles répertoriables ?????
La question qui se posera aux lecteurs sera probablement '' alors combien de planètes ???
XXXXXXXXXXX
Selon une étude publiée en janvier 2013 , qui exploite des observations du télescope spatial Kepler, il y aurait au minimum une planète par étoile dans notre Galaxie, ce qui permet d'estimer qu'elle contiendrait 100 à 400 milliards de planètes. Le nombre de nébuleuses planétaires s'élève à environ 3 000.
xxxxxxxx
Je dois helas dire aux élèves que les 5OOO exoplanètes détèctées pas une seule ne donne de signes évidents de vie
xxxxxx
Cet univers est impitoyablement minéral !!!
Sommes nous dans un paradis sans le savoir ????!!!!!!!!
XXXXXXXXXXXXXX
More information: Keiya Hirashima et al, The First Star-by-star N-body/Hydrodynamics Simulation of Our Galaxy Coupling with a Surrogate Model, Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (2025). DOI: 10.1145/3712285.3759866
Provided by RIKEN
Explore further
Machine learning outpaces supercomputers for simulating galaxy evolution coupled with supernova explosion
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire