A Revolução Cósmica: Como a IA Criou o Modelo Mais Detalhado da Via Láctea

Imagine tentar mapear cada grão de areia em todas as praias do mundo. Parece uma tarefa impossível, certo? Pois bem, astrônomos enfrentam um desafio ainda maior: simular a nossa galáxia, a Via Láctea, estrela por estrela. Por décadas, isso foi um sonho distante, limitado pela capacidade de processamento dos supercomputadores. Mas agora, pesquisadores do RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), no Japão, em colaboração com a Universidade de Tóquio e a Universitat de Barcelona, alcançaram um feito sem precedentes.

Eles realizaram a primeira Simulação Via Láctea que representa com precisão mais de 100 bilhões de estrelas, abrangendo um período de 10.000 anos. O que torna isso tão revolucionário? O novo modelo não apenas simula 100 vezes mais estrelas individuais do que os modelos anteriores, mas também o faz 100 vezes mais rápido!

O Atalho da Inteligência Artificial: Vencendo a Barreira do Tempo

Para entender a magnitude desse avanço, precisamos primeiro compreender o desafio. Simular a evolução de uma galáxia como a Via Láctea é incrivelmente complexo. É preciso considerar uma dança cósmica de forças: a gravidade que atrai tudo, a dinâmica dos fluidos (como o gás e a poeira), as explosões de supernovas, a síntese de elementos e a influência colossal dos buracos negros supermassivos. Todos esses fatores operam em escalas de tempo e espaço muito diferentes.

Até agora, o poder de processamento limitava as simulações a cerca de um bilhão de massas solares, o que é menos de 1% das estrelas da Via Láctea. Além disso, para simular apenas 1 milhão de anos de evolução galáctica — uma fração minúscula da idade da nossa galáxia (13,61 bilhões de anos) — um supercomputador de ponta levaria mais de 13 dias. Simular 1 bilhão de anos levaria mais de 36 anos!

A solução para esse gargalo não foi simplesmente adicionar mais núcleos de CPU, pois isso se torna ineficiente e consome energia demais. A equipe de Hirashima encontrou um “atalho” genial: a Inteligência Artificial (IA) e Supercomputação Astrofísica.

Eles introduziram um Modelo Via Láctea 100 Bilhões Estrelas que utiliza um modelo substituto (surrogate model) de aprendizado de máquina. Pense na técnica de Richard Feynman: se você não consegue calcular a física complexa de uma explosão de supernova em tempo real, você treina uma IA para prever o resultado dessa explosão. A IA foi treinada com simulações de alta resolução de supernovas para prever como elas afetariam o gás e a poeira circundantes 100.000 anos após a explosão.

O Supercomputador Fugaku e a Nova Era da Astrofísica

Ao combinar esse modelo preditivo de IA com as simulações físicas tradicionais, a equipe conseguiu modelar a dinâmica geral da galáxia e os fenômenos estelares de pequena escala simultaneamente. É como ter um assistente super-rápido que resolve as partes mais demoradas do cálculo instantaneamente.

Os testes foram realizados nos sistemas Supercomputador Fugaku e Miyabi, no Japão. Os resultados foram impressionantes: o novo método conseguiu simular 1 milhão de anos de Evolução Galáctica em apenas 2,78 horas. Isso é um salto gigantesco! A essa taxa, 1 bilhão de anos de história galáctica podem ser simulados em apenas 115 dias.

Como Hirashima destacou, “Integrar a IA com a computação de alto desempenho marca uma mudança fundamental na forma como abordamos problemas de múltiplas escalas e múltiplas físicas nas ciências computacionais.”

Este avanço oferece aos astrônomos uma ferramenta inestimável para testar teorias sobre a Formação e Evolução da Via Láctea e como o nosso Universo se desenvolveu. Além da astrofísica, essa abordagem de “atalho de IA” tem o potencial de revolucionar outras simulações complexas, como as de meteorologia, dinâmica oceânica e ciência climática. Estamos testemunhando o nascimento de uma nova era na ciência, onde a IA e Supercomputação Astrofísica nos permitem desvendar os segredos mais profundos do cosmos em uma velocidade nunca antes imaginada.