Các nhà nghiên cứu Nhật Bản lần đầu tiên mô phỏng thành công toàn bộ Dải Ngân Hà với hơn 100 tỷ ngôi sao trong khoảng thời gian 10.000 năm.
Dải Ngân Hà chứa hơn 100 tỷ ngôi sao, mỗi ngôi sao đều có hành trình tiến hóa riêng, từ khi ra đời, tồn tại cho đến lúc kết thúc bằng những cái chết dữ dội. Trong nhiều thập kỷ, các nhà vật lý thiên văn đã nuôi giấc mơ tạo ra một mô phỏng hoàn chỉnh về thiên hà – một bản sao kỹ thuật số có khả năng kiểm chứng các lý thuyết về sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà. Thế nhưng, giấc mơ ấy luôn bị chặn lại bởi những giới hạn tính toán tưởng chừng không thể vượt qua.
Bầu trời đêm trên Paranal, Chile ngày 21/7/2007 được nhà thiên văn học Yuri Beletsky (ESO) ghi lại, với Dải Ngân Hà hiện lên rõ ràng và rực rỡ phía trên. (Nguồn: ESO)
Giờ đây, bước ngoặt đã xuất hiện. Nhóm nghiên cứu do Keiya Hirashima dẫn đầu tại Trung tâm Khoa học Lý thuyết và Toán học Liên ngành của RIKEN (Nhật Bản) đã đạt được thành tựu tưởng như ngoài tầm với: Một mô phỏng chi tiết từng ngôi sao trong số 100 tỷ ngôi sao của Dải Ngân Hà, kéo dài suốt 10.000 năm thời gian thiên hà. Thành công này đến từ sự kết hợp bất ngờ giữa trí tuệ nhân tạo và mô phỏng vật lý truyền thống, được công bố tại Hội nghị Siêu máy tính năm nay.
Thách thức lớn nhất không chỉ nằm ở quy mô khổng lồ. Trước đây, các mô phỏng tiên tiến chỉ có thể xử lý khối lượng tương đương một tỷ Mặt Trời, trong đó mỗi “hạt” đại diện cho khoảng 100 ngôi sao. Điều này khiến các sự kiện riêng lẻ, như vụ nổ siêu tân tinh, bị làm mờ và mất đi chi tiết. Để theo dõi chính xác từng ngôi sao, các nhà khoa học buộc phải sử dụng bước thời gian cực nhỏ, đủ để ghi nhận những biến đổi nhanh chóng. Tuy nhiên, cách tiếp cận này lại đòi hỏi sức mạnh tính toán khổng lồ, khiến việc mô phỏng một tỷ năm tiến hóa thiên hà có thể kéo dài tới 36 năm thực.
Ảnh thiên hà xoắn ốc NGC 1300 nhìn trực diện – mẫu hình được cho là giống với cấu trúc của Dải Ngân Hà. (Nguồn: NASA)
Để giải quyết, nhóm Hirashima đã phát triển một mô hình học sâu thay thế. AI được huấn luyện trên các mô phỏng siêu tân tinh độ phân giải cao, từ đó có khả năng dự đoán sự giãn nở của khí trong 100.000 năm sau vụ nổ. Nhờ “lối tắt” này, AI xử lý nhanh các hiện tượng vật lý quy mô nhỏ mà không làm chậm toàn bộ mô hình, cho phép mô phỏng đồng thời cả động lực học toàn thiên hà lẫn các thảm họa sao riêng lẻ.
AI đã tái hiện toàn bộ các ngôi sao trong Dải Ngân Hà; hình ảnh này cho thấy bầu trời đầy sao phía trên một vùng tối ít ô nhiễm ánh sáng. (Nguồn: Steve Jurvetson)
Kết quả thật sự ấn tượng: Quá trình vốn cần tới 36 năm nay chỉ còn 115 ngày. Độ chính xác của mô phỏng đã được kiểm chứng qua các thử nghiệm trên siêu máy tính Fugaku của RIKEN và hệ thống Miyabi của Đại học Tokyo, khẳng định tính khả thi ở quy mô chưa từng có.
Quan trọng hơn, cách tiếp cận này mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi. Không chỉ thiên văn học, mà các lĩnh vực như khoa học khí hậu, dự báo thời tiết hay động lực học đại dương – vốn phải đối mặt với bài toán liên kết các quá trình từ cấp độ phân tử đến quy mô hành tinh – đều có thể hưởng lợi từ bước tiến mang tính cách mạng này.
