Искусственный интеллект раскрывает тайну золота во Вселенной
Международная команда исследователей разработала нейросетевую модель под названием RHINE, которая помогает воссоздавать механизмы образования наиболее тяжёлых элементов во Вселенной — золота, урана и подобных им веществ. Это открытие опубликовано в журнале Physical Review и представляет собой значительный прорыв в астрофизике.
Как образуются самые тяжёлые элементы
Во время космических катастроф, таких как столкновения нейтронных звёзд или взрывы сверхновых, происходит так называемый r-процесс — стремительный захват нейтронов. Атомные ядра с огромной скоростью поглощают свободные нейтроны, которые затем преобразуются в протоны, последовательно создавая всё более тяжёлые химические элементы.
Раньше моделирование этого процесса требовало одновременного отслеживания поведения тысяч различных изотопов. Из-за недостаточной вычислительной мощности учёные были вынуждены сильно упрощать свои теоретические модели, теряя при этом точность расчётов.
Возможности новой модели RHINE
Разработанная алгоритм предварительно тренируют на огромном объёме референтных расчётов, которые содержат полный спектр ядерных реакций. Во время работы нейросеть прогнозирует интенсивность выделения ядерной энергии для любого состояния вещества непосредственно в процессе гидродинамических симуляций.
Ключевым преимуществом RHINE является то, что она позволяет избежать прямого связывания сложных расчётов нуклеосинтеза с моделированием движения материи, что ранее значительно перегружало вычислительные системы. Благодаря этому подходу алгоритм с высокой точностью воспроизводит процессы выделения тепла, которые непосредственно влияют на скорость распространения космического вещества и характеристики электромагнитных сигналов, регистрируемых телескопами (килонов).
Подтверждение результатов реальными наблюдениями
Учёные проверили эффективность новой модели путём сравнения результатов с астрономическими наблюдениями. Особое внимание было уделено событию 17 августа 2017 года, когда в галактике NGC 4993 впервые удалось зафиксировать с помощью гравитационных волн столкновение двух нейтронных звёзд. Космический телескоп Hubble в то же время документировал постепенное угасание вспышки килоновой, что позволило провести точное сравнение теоретических предсказаний с реальными данными.
Использование машинного обучения даёт огромную экономию вычислительного времени без ущерба для точности результатов. Создатели проекта открыли доступ к исходному коду программы RHINE. В будущем эта модель позволит связать результаты физических экспериментов на новом ускоряющем комплексе FAIR с реальными наблюдениями за звёздными взрывами в космосе.
