Илюстрация на художник на две черни дупки, които се въртят заедно, създавайки гравитационни вълни в космическото време.
(Изображение: © НАСА)
Нова софтуерна програма, която използва изкуствен интелект, може да помогне за бързото откриване и анализ на гравитационните вълни - пулсации в космическата тъкан на пространството и времето - от катастрофални събития като сблъсъци между черни дупки, открива ново проучване.
Новата техника, наречена дълбоко филтриране, може да помогне на изследователите да видят катаклизмични събития, които настоящият софтуер може да не открие, като титанични сливания в сърцата на галактиките, според авторите на нов документ, описващ работата.
Гравитационните вълни са пулсации в тъканта на пространството и времето. Те се генерират, когато всеки предмет с маса се движи и пътуват със скоростта на светлината, разтягайки се и притискайки пространство-време по пътя.
Гравитационните вълни са изключително трудни за откриване, а тези, които учените могат да открият, са от изключително масивни обекти. Въпреки че съществуването на гравитационни вълни за първи път е предсказано от Алберт Айнщайн през 1916 г., на учените е необходимо повече от век, за да открият успешно първите директни доказателства за гравитационните вълни, използвайки Лазерната интерферометрова гравитационна вълнова обсерватория (LIGO), за да установят гравитационните последствия на две черни дупки се разбиват заедно.
Откриването на гравитационните вълни спечели трима учени Нобеловата награда за физика за 2017 г. през октомври 2017 г. Оттогава изследователите откриха и гравитационни вълни от сблъскваща се двойка мъртви звезди, наречени неутронни звезди - открития, които може би са помогнали за разрешаването на десетилетията мистерия на как са създадени някои от тежките елементи на Вселената.
Въпреки това, софтуерът, който в момента анализира сигналите, които откриват гравитационните вълнови обсерватории, може да отнеме няколко дни, за да стеснява какъв вид събитие може да е генерирало тези гравитационни вълни, съавторът на проучването Елиу Хуерта заяви пред интервю за Space.com в интервю.
Нещо повече, този софтуер е специализиран за откриване на сливания между обекти, които са в приблизително кръгови орбити помежду си и сравнително изолирани от тяхното обкръжение, според Хуерта, теоретичен астрофизик от Университета на Илинойс в Националния център за суперкомпютърни приложения на Urbana-Champaign. Софтуерът вероятно няма да открие гравитационни вълни от обекти в области, където звездите са плътно опаковани заедно, като ядрата на галактиките, където гравитационните дърпания на близките звезди могат да изкривят орбитите от кръгова до по-"ексцентрична" или овална форма, Huerta казах.
Авторите на изследването предполагат, че софтуерът за изкуствен интелект може да помогне значително да ускори анализа на гравитационните вълни, както и „[да даде възможност] за откриване на нови класове източници на гравитационна вълна, които могат да останат незабелязани със съществуващите алгоритми за откриване“, Huerta каза пред Space.com.
Новият софтуер на AI включва изкуствени невронни мрежи, в които изкуствените компоненти, наречени "неврони", се подават данни и си сътрудничат за решаване на проблем, като например разпознаване на изображение. След това невронна мрежа неколкократно настройва връзките между нейните неврони и вижда дали тези нови модели на връзка са по-добри при решаването на проблема. С течение на времето този процес на опити и грешки разкрива кои модели са най-добри в изчислителните решения, имитирайки процеса на обучение в човешкия мозък.
Докато конвенционалните техники може да отнемат няколко дни, за да стеснят характеристиките на гравитационните събития от данните на детекторите, авангардните невронни мрежи, известни като "дълбоки конволюционни невронни мрежи", могат да направят това в рамките на секунда, установиха учените. Освен това, докато конвенционалните методи ще се нуждаят от хиляди процесори (централните процесорни единици на компютрите), за да изпълнят тази задача, новата техника работи "дори с един процесор - тоест с вашия смартфон или стандартен лаптоп", каза Huerta.
В допълнение, изследователите откриха, че тази нова техника може също така бързо да анализира сливания, които са по-сложни, отколкото настоящият софтуер може да анализира, като например сливания, включващи черни дупки в ексцентрични орбити. Новият софтуер също имаше по-ниски проценти на грешки и беше по-добър при забелязване на проблеми в данните.
Хуерта и Даниел Джордж, изчислителен астрофизик в Университета на Илинойс в Националния център за приложения за суперкомпютриране в Урбана-Шампан, подробно откриха своите открития онлайн на 27 декември в списанието Physics Letters B.
