Une équipe dirigée par Keiya Hirashima a créé la première simulation de la Voie lactée suivant plus de 100 milliards d'étoiles individuelles sur 10 000 ans. En combinant l'intelligence artificielle avec des techniques numériques avancées, le modèle s'exécute des centaines de fois plus rapidement que les méthodes précédentes. La percée a été présentée à la conférence de superinformatique SC '25.
Des chercheurs du Centre RIKEN pour les Sciences Théoriques et Mathématiques Interdisciplinaires (iTHEMS) au Japon, dirigés par Keiya Hirashima, ont collaboré avec des partenaires de The University of Tokyo et de l'Universitat de Barcelona en Espagne pour atteindre une étape majeure dans la modélisation astrophysique. Leur simulation suit individuellement plus de 100 milliards d'étoiles sur 10 000 ans d'évolution galactique, représentant 100 fois plus d'étoiles que les simulations antérieures les plus avancées.
Le défi de modéliser la Voie lactée provient de la nécessité de calculer la gravité, la dynamique des fluides, les processus chimiques et les événements de supernovae à des échelles vastes tout en maintenant des détails au niveau de l'étoile individuelle. Les simulations traditionnelles regroupent les étoiles en particules représentant environ 100 chacune, limitant la précision pour les phénomènes à petite échelle comme les supernovae. Celles-ci nécessitent des pas de temps minuscules, rendant les simulations complètes intensives en calcul : modéliser 1 million d'années d'évolution prend environ 315 heures, donc 1 milliard d'années requerrait plus de 36 ans de temps réel.
Pour y remédier, l'équipe a intégré un modèle substitut d'apprentissage profond entraîné sur des données de supernovae à haute résolution. Cette IA prédit le comportement du gaz post-supernova sur 100 000 ans sans alourdir le calcul principal. Validée sur les superordinateurs Fugaku de RIKEN et Miyabi de The University of Tokyo, l'approche simule 1 million d'années en seulement 2,78 heures, permettant un exécution de 1 milliard d'années en environ 115 jours.
Le travail, détaillé dans un article intitulé 'The First Star-by-star N-body/Hydrodynamics Simulation of Our Galaxy Coupling with a Surrogate Model' (DOI : 10.1145/3712285.3759866), a été présenté à SC '25. Hirashima a déclaré : « Je crois que l'intégration de l'IA avec l'informatique haute performance marque un changement fondamental dans la manière dont nous abordons les problèmes multi-échelles et multi-physiques dans les sciences computationnelles. » Il a ajouté : « Cette réalisation montre également que les simulations accélérées par l'IA peuvent aller au-delà de la reconnaissance de motifs pour devenir un outil véritable de découverte scientifique — nous aidant à retracer comment les éléments qui ont formé la vie elle-même sont apparus dans notre galaxie. »
La technique offre des perspectives prometteuses pour d'autres domaines comme la modélisation climatique et météorologique, où les simulations multi-échelles sont essentielles.