O ilustrație a artistului a două găuri negre în spirală, creând valuri gravitaționale în spațiu.
(Imagine: © NASA)
Un nou program software care folosește inteligența artificială poate ajuta la detectarea și analizarea rapidă a undelor gravitaționale - ondulări în țesătura cosmică a spațiului-timp - din evenimente catastrofale precum coliziunile dintre găurile negre, arată un nou studiu.
Noua tehnică, numită filtrare profundă, îi poate ajuta pe cercetători să vadă evenimente cataclismice pe care software-ul curent s-ar putea să nu le detecteze, cum ar fi fuziunile titanice în inimile galaxiilor, potrivit autorilor unei noi lucrări care descrie lucrarea.
Valurile gravitaționale sunt onduleuri în țesătura spațiului și a timpului. Sunt generate atunci când orice obiect cu masă se mișcă și se deplasează cu viteza luminii, întinzându-se și apăsând spațiu-timp pe parcurs.
Valurile gravitaționale sunt extraordinar de greu de detectat, iar cele pe care oamenii de știință le pot detecta provin din obiecte excepțional de masive. Deși existența undelor gravitaționale a fost prevăzută pentru prima dată de Albert Einstein în 1916, oamenii de știință au necesitat mai mult de un secol pentru a detecta cu succes primele dovezi directe ale undelor gravitaționale, folosind Laser Interferometru Gravitational-Wave Observatory (LIGO) pentru a detecta gravitația după două găuri negre zdrobind împreună.
Descoperirea valurilor gravitaționale a câștigat trei oameni de știință Premiul Nobel pentru fizică din 2017 în octombrie 2017. De atunci, cercetătorii au detectat și valuri gravitaționale dintr-o pereche de stele moarte numite stele neutronice - descoperiri care ar fi putut ajuta la rezolvarea misterului vechi de zeci de ani cum au fost create unele dintre elementele grele ale universului.
Cu toate acestea, software-ul care analizează în prezent semnalele pe care le detectează observațiile cu unde gravitaționale poate dura câteva zile pentru a restrânge ce tip de eveniment ar fi putut genera acele unde gravitaționale, a spus coiu autorul studiului Eliu Huerta într-un interviu.
Mai mult decât atât, acest software este specializat pentru a detecta fuziunile între obiecte care sunt pe orbite aproximativ circulare unele cu altele și relativ izolate de împrejurimile lor, potrivit Huerta, un astrofizician teoretic de la Universitatea din Illinois, la Centrul Național pentru Aplicații de Supercomputare din Urbana-Champaign. Software-ul nu va reuși să detecteze undele gravitaționale de la obiecte din zonele în care stelele sunt împachetate dens, cum ar fi nucleele galaxiilor, unde atracțiile gravitaționale ale stelelor din apropiere pot denatura orbitele de la forma circulară la cea mai „excentrică” sau ovală, Huerta spus.
Acum, autorii studiului sugerează că software-ul de inteligență artificială ar putea ajuta foarte mult la accelerarea analizei undelor gravitaționale, precum și la „[permite] detectarea de noi clase de surse de unde gravitaționale care pot trece neobservate cu algoritmii de detecție existenți”, spune Huerta a declarat pentru Space.com.
Noul software AI implică rețele neuronale artificiale, în care componentele artificiale numite „neuroni” sunt alimentate cu date și cooperează pentru a rezolva o problemă, precum recunoașterea unei imagini. O rețea neuronală ajustează în mod repetat conexiunile dintre neuronii săi și vede dacă aceste noi modele de conexiune sunt mai bune la rezolvarea problemei. De-a lungul timpului, acest proces de încercare și eroare dezvăluie care sunt modelele care sunt cele mai bune la soluțiile de calcul, imitând procesul de învățare în creierul uman.
În timp ce tehnicile convenționale ar putea dura câteva zile pentru a restrânge caracteristicile evenimentelor gravitaționale de la datele detectorului, rețelele neuronale de ultimă generație cunoscute sub numele de „rețele neuronale profunde convoluționale” ar putea face acest lucru într-o secundă, au descoperit oamenii de știință. Mai mult, în timp ce metodele convenționale ar avea nevoie de mii de procesoare (unitățile centrale de procesare a computerelor) pentru a efectua această sarcină, noua tehnică a funcționat „chiar și cu un singur procesor - adică cu smartphone-ul sau un laptop standard”, a spus Huerta.
În plus, cercetătorii au descoperit că această nouă tehnică ar putea analiza rapid și fuziunile care sunt mai complexe decât pot analiza software-ul actual, cum ar fi fuziunile care implică găuri negre în orbitele excentrice. Noul software a avut, de asemenea, rate de eroare mai mici și a fost mai bun la detectarea sclipchurilor din date.
Huerta și Daniel George, un astrofizician de calcul la Universitatea din Illinois, la Centrul Național pentru aplicații de supercomputare din Urbana-Champaign, și-au detaliat rezultatele online pe 27 decembrie în revista Physics Letters B.
