A inteligência artificial pode ajudar a explicar como surgem muitos dos elementos químicos mais pesados do Universo. Pesquisadores desenvolveram um modelo capaz de simular, em muito menos tempo, as reações nucleares que ocorrem durante fusões de estrelas de nêutrons, fenômenos responsáveis pela formação desses elementos.

O estudo foi conduzido por uma equipe internacional do GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI/FAIR), com os resultados publicados na revista científica Physical Review D.

Segundo os autores, a nova ferramenta reduz significativamente o esforço computacional necessário para realizar essas simulações, o que pode melhorar as previsões sobre explosões estelares e facilitar a comparação entre observações feitas por telescópios e experimentos realizados em laboratórios.

Como a IA simula fusões de estrelas de nêutrons

Quando duas estrelas de nêutrons colidem, elas liberam enormes quantidades de energia, conforme destaca o estudo. Nessas condições extremas ocorre o chamado processo r, no qual núcleos atômicos capturam rapidamente nêutrons e dão origem a muitos dos elementos químicos mais pesados encontrados na natureza.

Para os pesquisadores, reproduzir esse fenômeno em computadores exige cálculos extremamente complexos e grande capacidade de processamento. Por isso, muitos modelos precisam simplificar parte das reações para que as simulações sejam viáveis.

Para reduzir essa limitação, a equipe desenvolveu o RHINE, um sistema baseado em aprendizado profundo (deep learning), um tipo de inteligência artificial capaz de identificar padrões em grandes volumes de dados. A ferramenta foi treinada com milhares de simulações detalhadas e passou a estimar a energia liberada durante o processo r sem repetir todos os cálculos a cada nova execução.

De acordo com os autores, essa abordagem permite obter resultados muito próximos dos modelos completos utilizando apenas uma fração do poder computacional.

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Por que esse modelo é importante para a astronomia

Um dos principais fatores analisados pelo RHINE é o aquecimento produzido pelas reações nucleares. Essa energia influencia tanto a quantidade de matéria expelida durante as explosões quanto o brilho emitido após a fusão.

Nas colisões entre estrelas de nêutrons, esse fenômeno pode ser observado na forma de uma kilonova, explosão extremamente luminosa gerada após a fusão desses objetos e detectada por astrônomos.

Nos testes realizados, as estimativas produzidas pela IA apresentaram alta concordância com os cálculos completos utilizados como referência, indicando que o sistema consegue reproduzir essas reações com boa precisão.

Os resultados também mostram que o aquecimento do processo r exerce um papel importante na evolução dessas explosões e deverá receber maior atenção em futuras simulações.

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Como a ferramenta pode contribuir para futuras pesquisas

Segundo o estudo, o RHINE poderá tornar viáveis simulações muito mais detalhadas sem exigir grandes recursos computacionais, permitindo que pesquisadores explorem cenários que hoje seriam difíceis de calcular.

Outra expectativa é utilizar a ferramenta para aproximar os resultados de experimentos realizados no futuro centro de pesquisa FAIR das observações de fusões de estrelas de nêutrons feitas por telescópios, fortalecendo a conexão entre experimentos de laboratório e fenômenos observados no Universo.

A equipe também disponibilizou o código-fonte do RHINE para que outros grupos possam utilizar a tecnologia e desenvolver novas aplicações na área de astrofísica nuclear.