Nova simulação da Via Láctea representa com precisão 100 bilhões de estrelas

O avanço marca um novo capítulo na intersecção entre astrofísica, computação de alto desempenho e inteligência artificial (IA). Pela primeira vez, um modelo numérico conseguiu refletir a complexidade estelar da nossa galáxia com 100 vezes mais detalhes e com uma rapidez 100 vezes superior quando comparada aos métodos convencionais.

Modelar uma galáxia exige considerar fatores como a gravidade, dinâmica de fluidos, explosões de supernovas e síntese de elementos, cada processo ocorrendo em escalas de espaço e tempo radicalmente distintas. As melhores simulações atuais conseguem chegar apenas a galáxias com um limite de massa equivalente a cerca de 1 bilhão de sóis, valor este muito inferior quando comparado às mais de 100 bilhões de estrelas da Via Láctea.

Isso gera um problema essencial: o menor elemento dessas simulações não é uma estrela, mas um aglomerado estelar equivalente a 100 sóis. Assim, eventos rápidos e localizados – como o colapso de uma supernova – se perdem em meio ao tempo entre cada etapa da simulação. Para observá-los corretamente, seria necessário reduzir esse intervalo, o que exigiria enorme poder computacional.

Se uma simulação física convencional tentasse representar a Via Láctea em nível estelar, precisaria de 315 horas para cada 1 milhão de anos de evolução modelada. Nesse ritmo, simular 1 bilhão de anos demandaria mais de 36 anos de tempo real. E mesmo adicionar milhares de núcleos de supercomputação não resolveria o problema, uma vez que além de consumir muita energia, a eficiência diminuiria de modo significativo.

A solução veio da colaboração entre cientistas do Japão e da Espanha, que desenvolveram uma abordagem híbrida. A equipe treinou um modelo substituto de deep learning em simulações de alta resolução de uma supernova. O sistema aprendeu a prever como o gás circundante se expande nos 100 mil anos após uma explosão, sem exigir cálculos intensos do restante da simulação.

Esse “atalho” de IA tornou possível representar simultaneamente a dinâmica galáctica em larga escala e os fenômenos microscópicos que moldam a evolução estelar. Ao liberar o modelo principal de parte do esforço computacional, a simulação pôde alcançar uma resolução inédita.

A nova metodologia não apenas conseguiu simular uma galáxia com mais de 100 bilhões de estrelas, como completou 1 milhão de anos de simulação em apenas 2,78 horas. Isso significa que o período de 1 bilhão de anos, antes inviável, agora pode ser reproduzido em 115 dias ao invés de 36 anos.

“Acredito que a integração da IA com a computação de alto desempenho representa uma mudança fundamental na forma como abordamos problemas multiescala e multifísicos nas ciências computacionais”, afirmou Keiya Hirashima, do Centro RIKEN de Ciências Teóricas e Matemáticas Interdisciplinares (iTHEMS), em comunicado.

Para o pesquisador, o feito vai muito além da astrofísica: “essa conquista também demonstra que as simulações aceleradas por IA podem ir além do reconhecimento de padrões e se tornar uma ferramenta genuína para a descoberta científica, ajudando-nos a rastrear como os elementos que formaram a própria vida surgiram em nossa galáxia”.

Além de revolucionar modelos galácticos, acredita-se que a nova técnica pode ser aplicada a fenômenos igualmente complexos, como mudanças climáticas e padrões meteorológicos, onde múltiplos processos físicos interagem em escalas distintas.