AIで実現する高解像度銀河シミュレーション~銀河進化の計算を6カ月短縮し約2カ月で完了~

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2025-07-01 理化学研究所,東京大学,東北公益文科大学,神戸大学,マックス・プランク天体物理学研究所,フラットアイアン研究所計算天体物理学センター

理化学研究所などの国際共同研究チームは、深層学習を用いたAIモデルにより、超新星爆発の物理過程を高速予測する技術を開発し、銀河形成シミュレーションに統合しました。これにより従来8カ月かかっていた高分解能計算を約2カ月に短縮。AIはガスの密度・温度・速度の変化を約1秒で推定し、銀河全体の構造や進化を精密に再現可能と証明。今後は天の川銀河級シミュレーションへの応用が期待されます。

AIで実現する高解像度銀河シミュレーション~銀河進化の計算を6カ月短縮し約2カ月で完了~
図1 銀河内でのガスの循環
背景画像は© The Hubble Heritage Team(AURA/STScI/NASA)、星形成領域の画像は©NASA、ESA、CSA、and STScI

<関連情報>

ASURA-FDPS-ML:サロゲートモデリングによる超新星フィードバックで加速される星ごとの銀河シミュレーション ASURA-FDPS-ML: Star-by-star Galaxy Simulations Accelerated by Surrogate Modeling for Supernova Feedback

Keiya Hirashima (平島敬也), Kana Moriwaki, Michiko S. Fujii, Yutaka Hirai, Takayuki R. Saitoh, Junichiro Makino, Ulrich P. Steinwandel, and Shirley Ho
The Astrophysical Journal  Published: 2025 July 1
DOI:10.3847/1538-4357/add689

Abstract

We introduce new high-resolution galaxy simulations accelerated by a surrogate model that reduces the computation cost by approximately 75%. Massive stars with a zero-age main-sequence mass of more than about 10 M explode as core-collapse supernovae (CCSNe), which play a critical role in galaxy formation. The energy released by CCSNe is essential for regulating star formation and driving feedback processes in the interstellar medium (ISM). However, the short integration time steps required for SN feedback have presented significant bottlenecks in astrophysical simulations across various scales. Overcoming this challenge is crucial for enabling star-by-star galaxy simulations, which aim to capture the dynamics of individual stars and the inhomogeneous shell’s expansion within the turbulent ISM. To address this, our new framework combines direct numerical simulations and surrogate modeling, including machine learning and Gibbs sampling. The star formation history and the time evolution of outflow rates in the galaxy match those obtained from resolved direct numerical simulations. Our new approach achieves high-resolution fidelity while reducing computational costs, effectively bridging the physical scale gap and enabling multiscale simulations.

1701物理及び化学
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