Штучний інтелект та пошуки чорних дір середньої маси: вчені шукають гіпотетичні об'єкти

Фізики з Австрійської академії наук (ÖAW) застосовують інструменти штучного інтелекту до великих наборів даних, отриманих з детекторів гравітаційних хвиль. Їхня мета — знайти чорні діри середньої маси, об'єкти, маса яких, за оцінками, становить від 100 до 100 000 мас Сонця, пише Heritage Daily.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтеся, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Ці чорні діри знаходяться між добре відомими чорними дірами зоряної маси та надмасивними чорними дірами, що знаходяться в центрах галактик. Хоча вчені вже давно підозрювали про їхнє існування, прямі докази залишалися обмеженими.

Джанлука Інгулья з Інституту фізики частинок імені Марієтти Блау при ÖAW пояснив наукову проблему: "Ми знаємо, що малі чорні діри можуть рости в результаті злиття, але чи призводить цей процес в кінцевому підсумку до утворення надмасивних чорних дір, досі до кінця не з'ясовано". Чорні діри середньої маси можуть представляти критичну стадію в цьому процесі зростання.

Пошук базується на гравітаційних хвилях, коливаннях у просторі-часі, що виникають під час зіткнення масивних об'єктів, таких як чорні діри. Коли дві чорні діри зливаються, вони випромінюють короткий спалах гравітаційних хвиль, який можна виявити за допомогою чутливих приладів. Однак злиття чорних дір середньої маси генерують надзвичайно короткі сигнали, що ускладнює їх відрізнення від фонового шуму.

Інгулья та його команда описали, як штучний інтелект може поліпшити можливості виявлення в запланованому телескопі Ейнштейна. Ця європейська обсерваторія нового покоління, яка, як очікується, почне працювати в 2030-х роках, буде набагато чутливішою, ніж нинішні об'єкти, і буде генерувати величезні обсяги даних.

Традиційні методи виявлення базуються на порівнянні спостережуваних сигналів з теоретичними шаблонами або підтвердженні подій за допомогою декількох детекторів. Ці методи добре працюють, коли очікувана форма сигналу чітко визначена.

Але для чорних дір середньої маси багато властивостей залишаються невизначеними. "У чорних дір середньої маси багато властивостей все ще залишаються невизначеними, — сказав Інгулья. — Це збільшує ризик пропустити або неправильно інтерпретувати сигнали".

Розроблена командою система штучного інтелекту використовує іншу стратегію. Замість пошуку конкретних заздалегідь визначених шаблонів, вона спочатку вивчає, як виглядає нормальний шум детектора. Система навчена відтворювати цей фоновий шум з високою точністю.

Якщо вона зустрічає дані, які не може точно відтворити, вона позначає аномалію як потенційну подію злиття. Як сказав Інгулья, "У цьому випадку невдача моделі є успіхом. Вона повідомляє нам, що присутнє щось незвичайне — і, можливо, реальне".

Дослідники протестували цей метод, використовуючи модельовані дані з Einstein Telescope Mock Data Challenge. Штучний інтелект успішно ідентифікував короткі сигнали злиття, навіть працюючи з даними з одного детектора. Після додаткового навчання він виявив усі тестові сигнали, незалежно від їх маси або сили сигналу.

Однією з головних переваг цього методу є його гнучкість. Оскільки він не залежить від суворих припущень щодо джерела, він потенційно може ідентифікувати сигнали, які стандартні підходи на основі шаблонів можуть пропустити.

Інгулья зазначив: "П'ятнадцять років тому мало хто міг передбачити, що ми будемо регулярно виявляти чорні діри з масою 70 або 80 сонячних мас. Сьогодні ми бачимо їх регулярно. Майбутні відкриття можуть знову нас здивувати".

У міру підвищення чутливості гравітаційних обсерваторій і збільшення обсягу даних, традиційні методи аналізу можуть не встигати за темпами розвитку. Тому системи на основі штучного інтелекту можуть стати важливою частиною майбутніх пошуків чорних дір середньої маси та інших рідкісних космічних подій.

Розуміння того, чи можуть малі чорні діри поступово перетворюватися на надмасивні, залишається центральним питанням астрофізики. Вдосконалюючи методи виявлення та переаналізуючи дані про гравітаційні хвилі, дослідники сподіваються з'ясувати еволюційний шлях чорних дір і, таким чином, пролити світло на те, як утворилися галактики та великомасштабні космічні структури.

Раніше Фокус писав про таємничий об'єкт, який ховається у поясі Койпера. Вчені вважають, що він може бути більшим за Меркурій.

Також ми розповідали про те, що одна з найвідоміших зірок змінила колір. Вчені вважають це ознакою майбутнього вибуху наднової в одній із галактик-супутників Чумацького Шляху, який може бути видно неозброєним оком із Землі.