Umělcova ilustrace dvou černých děr, které se spirálovitě spojují a vytvářejí gravitační vlny v časoprostoru.
(Obrázek: © NASA)
Nová studie, která využívá umělou inteligenci, může rychle odhalit a analyzovat gravitační vlny - vlnky v kosmické struktuře časoprostoru - od katastrofických událostí, jako jsou střety mezi černými dírami.
Nová technika, nazývaná hluboká filtrace, může vědcům pomoci vidět kataklyzmatické události, které současný software nemusí detekovat, jako jsou titanová fúze v srdcích galaxií, podle autorů nového dokumentu popisujícího práci.
Gravitační vlny jsou vlnky ve struktuře prostoru a času. Vytvářejí se, když se jakýkoli předmět s hmotným pohybem pohybuje, a pohybují se rychlostí světla, protahováním a mačkáním prostorového času podél cesty.
Gravitační vlny jsou mimořádně obtížné odhalit a ty, které vědci dokážou odhalit, pocházejí z mimořádně velkých objektů. Ačkoli existenci gravitačních vln poprvé předpověděl Albert Einstein v roce 1916, vědcům trvalo století, než úspěšně detekovali první přímé důkazy gravitačních vln, pomocí laserového interferometrového gravitačního vlnového observatoře (LIGO), aby zjistili gravitační následky dvě černé díry rozbíjející se spolu.
Objev gravitačních vln vynesl tři vědci Nobelovu cenu za fyziku v roce 2017 v říjnu 2017. Od té doby vědci také odhalili gravitační vlny od srážející se dvojice mrtvých hvězd nazývaných neutronové hvězdy - objevy, které by mohly pomoci vyřešit desetileté tajemství jak byly vytvořeny některé těžké prvky vesmíru.
Software, který v současné době analyzuje signály, které detekční observatoře gravitačních vln detekují, však může trvat několik dní, než se zredukuje, jaký druh událostí by mohl tyto gravitační vlny generovat, uvedl v rozhovoru spoluzakladatel studie Eliu Huerta Space.com.
Kromě toho je tento software specializován na detekci fúzí mezi objekty, které jsou zhruba na kruhové oběžné dráze a jsou relativně izolovány od svého okolí, podle Huerty, teoretického astrofyzika na University of Illinois v Národním centru pro superpočítačové aplikace Urbana-Champaign. Software pravděpodobně nedokáže detekovat gravitační vlny z objektů v oblastech, kde jsou hvězdy hustě zabaleny dohromady, jako jsou jádra galaxií, kde gravitační tahy blízkých hvězd mohou deformovat oběžné dráhy z kruhových do „excentrických“ nebo oválných tvarů, Huerta řekl.
Autoři studie nyní naznačují, že software pro umělou inteligenci by mohl pomoci výrazně urychlit analýzu gravitačních vln, jakož i „[umožnit] detekci nových tříd zdrojů gravitačních vln, které mohou být bez povšimnutí stávajícími detekčními algoritmy,“ Huerta řekl Space.com.
Nový software AI zahrnuje umělé neuronové sítě, ve kterých jsou umělým komponentám nazývaným „neurony“ přiváděna data a spolupracují při řešení problému, jako je například rozpoznávání obrazu. Neuronová síť pak opakovaně upraví spojení mezi svými neurony a uvidí, zda jsou tyto nové vzorce připojení lepší pro vyřešení problému. V průběhu času tento proces pokusů a omylů odhaluje, které vzory jsou nejlepší v oblasti počítačových řešení, napodobujících proces učení v lidském mozku.
Zatímco konvenční techniky mohou trvat několik dní, než se zredukují rysy gravitačních událostí z detektorových dat, špičkové neuronové sítě známé jako „hluboké konvoluční neuronové sítě“ by tak mohly udělat během jedné sekundy, zjistili vědci. Navíc, zatímco konvenční metody by k provedení tohoto úkolu vyžadovaly tisíce CPU (centrální procesorové jednotky počítačů), nová technika fungovala „i s jediným procesorem - tj. S vaším smartphonem nebo standardním notebookem,“ uvedla Huerta.
Kromě toho vědci zjistili, že tato nová technika by také mohla rychle analyzovat fúze, které jsou složitější, než dokáže současný software analyzovat, jako například fúze zahrnující černé díry v excentrických drahách. Nový software měl také nižší chybovost a lépe zaznamenal závady v datech.
Huerta a Daniel George, výpočetní astrofyzik na University of Illinois v Národním centru pro aplikace superpočítačů Urbana-Champaign, podrobně popsali svá zjištění online 27. prosince v časopise Physics Letters B.
