Umelecká ilustrácia dvoch čiernych dier, ktoré sa točia dokopy a vytvárajú gravitačné vlny v časopriestore.
(Obrázok: © NASA)
Nová štúdia, ktorá využíva umelú inteligenciu, môže pomôcť rýchlo odhaliť a analyzovať gravitačné vlny - vlnky v kozmickej štruktúre časopriestoru - od katastrofických udalostí, ako sú zrážky medzi čiernymi dierami.
Nová technika, nazývaná hĺbkové filtrovanie, môže pomôcť výskumníkom vidieť kataklyzmatické udalosti, ktoré súčasný softvér nemusí zistiť, napríklad titánové fúzie v srdciach galaxií. Podľa autorov nového dokumentu opisujúceho prácu.
Gravitačné vlny sú vlnky v štruktúre priestoru a času. Vytvárajú sa, keď sa akýkoľvek objekt s hmotnosťou pohybuje a cestujú rýchlosťou svetla, napínajúc sa a časovo sa stláčajú.
Gravitačné vlny sa dajú zistiť mimoriadne ťažko a tie, ktoré vedci dokážu zistiť, pochádzajú z mimoriadne veľkých objektov. Aj keď existenciu gravitačných vĺn prvýkrát predpovedal Albert Einstein v roku 1916, vedcom trvalo viac ako jedno storočie, kým dokázali úspešne zistiť prvý priamy dôkaz gravitačných vĺn, pomocou laserového interferometra gravitačné vlnové observatórium (LIGO) na zistenie gravitačných následkov dve čierne diery rozbíjajúce sa spolu.
Objav gravitačných vĺn získal v októbri 2017 Nobelovu cenu za fyziku pre troch vedcov v roku 2017. Odvtedy vedci tiež zistili gravitačné vlny od zrážajúcej sa dvojice mŕtvych hviezd nazývaných neutrónové hviezdy - zistenia, ktoré by mohli pomôcť vyriešiť desaťročia staré tajomstvo ako vznikli niektoré ťažké prvky vesmíru.
Softvér, ktorý v súčasnosti analyzuje signály, ktoré detekčné observatóriá na základe vlnových vĺn detekujú, môže trvať niekoľko dní, kým sa zredukuje, aký druh udalostí mohol tieto gravitačné vlny vygenerovať.
Okrem toho sa tento softvér špecializuje na zisťovanie fúzií medzi objektmi, ktoré sú zhruba na kruhových obežných dráhach a sú relatívne izolované od svojho okolia. Podľa Huerty, teoretického astrofyzika z University of Illinois v Národnom centre pre superpočítačové aplikácie Urbana-Champaign. Softvér pravdepodobne nezistí gravitačné vlny z objektov v oblastiach, kde sú hviezdy husto spojené, ako sú jadrá galaxií, kde gravitačné ťahy blízkych hviezd môžu deformovať obežné dráhy z kruhových na „excentrické“ alebo oválne, Huerta povedal.
Autori štúdie teraz naznačujú, že softvér umelej inteligencie by mohol pomôcť výrazne urýchliť analýzu gravitačných vĺn, ako aj „[umožniť] detekciu nových tried zdrojov gravitačných vĺn, ktoré môžu zostať nepovšimnuté existujúcimi detekčnými algoritmami“, Huerta povedal Space.com.
Nový softvér AI zahŕňa umelé neurónové siete, v ktorých sú umelé komponenty nazývané „neuróny“ napájané údajmi a spolupracujú pri riešení problému, napríklad pri rozpoznávaní obrazu. Neurónová sieť potom opakovane upravuje spojenia medzi jej neurónmi a zisťuje, či tieto nové vzorce spojenia lepšie riešia problém. V priebehu času tento proces pokusu a omylu odhalí, ktoré vzory sú najlepšie pri výpočtových riešeniach, napodobňujúci proces učenia v ľudskom mozgu.
Zatiaľ čo konvenčné techniky môžu zúžiť vlastnosti gravitačných udalostí z detektorových údajov, môže to trvať niekoľko dní, vedci zistili, že špičkové neurónové siete známe ako „hlboké konvolučné neurónové siete“. Navyše, zatiaľ čo konvenčné metódy by na vykonanie tejto úlohy vyžadovali tisíce CPU (centrálnych procesorových jednotiek počítačov), nová technika fungovala „aj s jediným procesorom - to znamená s vaším smartfónom alebo štandardným prenosným počítačom,“ uviedla Huerta.
Vedci okrem toho zistili, že táto nová technika by tiež mohla rýchlo analyzovať fúzie, ktoré sú zložitejšie ako súčasný softvér, napríklad fúzie zahŕňajúce čierne diery v excentrických obežných dráhach. Nový softvér mal tiež nižšiu chybovosť a lepšie zaznamenal chyby v údajoch.
Huerta a Daniel George, výpočtový astrofyzik na University of Illinois v Národnom stredisku pre aplikácie superpočítača v Urbane-Champaign, podrobne opísali svoje zistenia online 27. decembra v časopise Physics Letters B.
