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“深度学习”可以揭示超新星爆炸以及我们的宇宙起源

2023-10-29 13:52阅读：

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“深度学习”可以揭示超新星爆炸以及我们的宇宙起源
By Robert Lea
2023/10/29
cience & Astronomy
通过加速起超新星的仿真，科学家们可以更好跟踪星系的形成和演化。
“深度学习”可以揭示超新星爆炸以及我们的宇宙起源
艺术家的一颗超新星爆炸的印象。 (Image credit: M. Weiss/NASA/CXC via Getty Images)
天文学家已经转向深度学习来仿真当大质量恒星死亡时发生的宇宙爆炸，以改进他们的星系形成和演化的理解。
研究人员说，更准确的难以琢磨来仿真的超新星的方面的建模可以揭示生命所需的化学元素怎样通过宇宙被分散。
这项新的发展是由东京大学天文学家平岛庆也领导的一个团队的工作，他的灵感来自于首次应用深度学习------这帮助计算机认识跨各种数据集的模式------为一个叫编程马拉松的活动磨练。
平岛在一份声明中说，“天气是一个非常复杂的现象，但最终它归结到流体动力学计算，因此，我好奇了是否我们可以修改用于天气预报的深度学习模型，并将它们应用到另一个流体系统，但一个存在在广大的更大尺度上的这我们缺乏直接获得的系统------我的研究领域超新星爆炸”。
超新星如何将几代恒星联系在一起
在它们的一生期间，恒星经由核聚变在它们的核内锻造化学元素，核聚变将更轻元素的原子一起粉碎来创造更重的元素，质量差作为能量释放，允许恒星来照耀。一颗恒星的质量越大，它能锻造的元素就越重------但所有恒星体都有它们的限制。
当一颗恒星不能再锻造随后的更重的元素时核聚变停止，因此，数百万年或数十亿年来向外压力已经保护了恒星免受它自己的引力向内挤压力。随恒星的核坍塌，外层在一个叫超新星的巨大爆炸中被向外甩。这将这颗恒星在它的生命期间已经工艺的元素的聚宝盆散布进深空。
这种物质最终发现它的进入下一代恒星和环绕它们的行星的途径。最终，这些恒星物质被纳入任何碰巧在这些星球上进化的生命形式中------例如，人类。这意味着超新星对破译我们的起源故事是至关重要的。
超新星是如此强大以至于它们也对围绕它们的星系有一个巨大的影响，这意味在星系演化的方面中它们是关键玩家而不是化学增富。因此，知道超新星如何行为对知道星系如何随时间变化是关键。
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平岛说，“问题是用来计算超新星爆炸方式需要的时间。目前，许多跨长时间跨度的星系模型通过假装超新星以完美的球形方式爆炸简化事情，因为这是相对容易来计算的，然而，在真实中它们是相当不对称的。形成爆炸边界的物质外壳的某些区域比其他区域更复杂”。
深度学习的应用帮助了科学家确定在一个仿真过程中爆炸的哪些部分需要更多关注和哪些部分需要更少关注。这确保了最佳的准确性，也减少了计算涉及的总时间。
平岛补充道，“这种划分一个问题的方式被称为哈密顿分裂，我们的新模型3D-MIM能将计算100000年超新星演化的计算步骤的数量减少99%。因此，我认为我们也将真的帮助减少一个瓶颈”。
这听起来可能直接的，但深度学习需要深度训练。，来训练系统，团队不得不运行数百次仿真，这用了数百万个小时的计算机时间。巨大的努力是值得的，该团队现在希望用于创建3D-MIM的方法能被应用到影响星系演化的其他天体物理现象。这包括叫星暴区域的大型恒星形成星系斑块的诞生。
该团队已经将3D-MIM应用于恒星生命的结束，现在也可以将相同的模型应用于它们生命的开始，这样也更好地仿真恒星的诞生。
该团队的研究于上个月在线发表在Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.杂志上
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