Исследователи сделали прорыв в анализе гравитационных волн, создав алгоритм машинного обучения, способный мгновенно интерпретировать данные от слияний нейтронных звезд. Открытие может значительно улучшить возможности наблюдений за этими редкими, но крайне важными для науки событиями. Результаты исследования представлены в журнале Nature.
Проблема скорости в обработке гравитационных волн
Когда две нейтронные звезды сталкиваются, они порождают гравитационные волны, распространяющиеся во Вселенной. Современные детекторы, такие как LIGO, Virgo и KAGRA, способны фиксировать их, но анализ данных занимает слишком много времени.
Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO. Credit: Caltech.edu
Традиционные методы обработки требуют значительных вычислительных ресурсов, а результаты приходят с запозданием. Это мешает оперативному наведению телескопов для поиска сопутствующих электромагнитных вспышек – например, от так называемой килоновой, возникающей после слияния звезд.
DINGO-BNS – нейросеть, анализирующая гравитационные волны за секунду
Международная группа ученых разработала алгоритм машинного обучения DINGO-BNS (Deep INference for Gravitational-wave Observations from Binary Neutron Stars), который сокращает время анализа с часов до одной секунды. Он позволяет не только быстро определять параметры системы, такие как массы и вращение нейтронных звезд, но и более точно локализовать источник сигнала.
Художественное представление слияния двух нейтронных звезд, порождающих килоновую. Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine
«Современные алгоритмы быстрого анализа используют приближения, снижающие точность. Наша методика лишена этих недостатков, что позволяет на 30% точнее определять положение объекта на небесной сфере», – пояснили авторы исследования.
Будущее исследований нейтронных звезд
Развитие таких методов открывает новые горизонты для астрономии. Обнаружение гравитационных волн в реальном времени даст астрономам больше шансов поймать момент самого слияния и провести уникальные многоволновые наблюдения. Это особенно важно для изучения килоновых и других всплесков, возникающих при столкновениях нейтронных звезд.
«Наше исследование демонстрирует эффективность сочетания передовых методов машинного обучения с физическим знанием о Вселенной», – отметили авторы исследования.
Художественное представление столкновения двух нейтронных звезд в галактике NGC 4993, породившего вспышку килоновой и гравитационные волны. Credit: ESO/L. Calgada/M. Kornmesser
Новое поколение алгоритмов анализа данных может стать стандартом в обработке гравитационных волн, сделав изучение нейтронных звезд еще более детализированным. Теперь у астрономов появляется мощный инструмент, позволяющий заглянуть в самые динамичные и загадочные процессы, происходящие во Вселенной.