L'informatique intelligente accélère la recherche, China Sky Eye FAST trouve le pulsar à période la plus longue dans les amas d'étoiles globulaires à ce jour

Nous savons que les amas d'étoiles globulaires sont un type de système céleste lié par la gravité. Ce sont d'anciens amas d'étoiles composés de dizaines de milliers à des millions d'étoiles. La plupart d'entre elles sont d'apparence sphérique, mais elles peuvent également être affectées par l'influence gravitationnelle. d’autres systèmes célestes. La forme s’écarte de la forme sphérique. Le processus d’évolution dynamique des amas d’étoiles globulaires et le chemin de synthèse des populations d’étoiles sont des sujets de recherche brûlants dans le cercle littéraire actuel.

Après des décennies d'évolution, le nombre d'étoiles dans les amas globulaires a continué de se réduire à quelques étoiles denses, et les pulsars en font partie. En comprenant la distribution et les propriétés des pulsars dans les amas globulaires, nous pouvons acquérir une compréhension approfondie de la distribution de densité, de la distribution de masse et des interactions avec d'autres corps célestes à l'intérieur des amas globulaires, puis obtenir des informations importantes telles que le processus d'évolution dynamique de amas globulaires et voies de synthèse des populations d'étoiles.

Selon les observations astronomiques, il a été constaté que les pulsars émettent périodiquement des signaux d'ondes électromagnétiques vers l'extérieur, ce qui prouve leur existence dans le vaste univers. Plus de 3 000 pulsars ont été découverts à ce jour, répartis principalement en deux catégories selon leur rotation : les pulsars normaux et les pulsars millisecondes. Il existe actuellement plus de 500 pulsars millisecondes connus, soit environ 15 % des pulsars connus. La période de rotation d'un pulsar normal est d'environ 0,1 seconde à quelques secondes, tandis que la période de rotation d'un pulsar milliseconde est inférieure à 30 millisecondes.

Les pulsars millisecondes ont des histoires de formation différentes de celles des pulsars normaux : les pulsars normaux sont généralement relativement jeunes, âgés de moins de quelques millions d'années, tandis que les pulsars millisecondes sont relativement vieux et gagnent du moment cinétique en accroissant de la masse dans un système stellaire binaire proche. La période de rotation atteint l'ordre de la milliseconde. Le fait d’observation actuel est que plus des deux tiers des pulsars millisecondes connus se trouvent dans des systèmes d’étoiles binaires. Les amas globulaires ont une densité d'étoiles plus élevée et un taux de formation d'étoiles binaires plus élevé. 317 pulsars ont été découverts dans 41 amas globulaires. La plupart de ces pulsars sont des pulsars millisecondes avec des périodes de rotation de l'ordre de plusieurs dizaines de millisecondes. de millisecondes. Système stellaire binaire. Les chercheurs en astronomie sont curieux, existe-t-il un autre type de pulsar avec une période plus longue qui existe dans les amas globulaires ?

Trouver des pulsars à longue période

Après des milliards d'années d'évolution, les pulsars devraient tourner de plus en plus lentement, c'est-à-dire que la période de rotation devient de plus en plus longue. Pourquoi recherchons-nous la plupart des pulsars millisecondes ?

"Dans une hypothèse, les amas globulaires étant très denses, un pulsar peut facilement capturer une étoile compagne et accréter de la matière de l'étoile compagne. Cette matière est comme un fouet qui fouette une toupie, ce qui va à nouveau accélérer l'étoile. " rotation d'un pulsar", a expliqué le Dr Zhou Dengke du Centre de recherche en informatique astronomique du laboratoire de Jiang.

Cependant, en théorie, il existe de nombreuses façons possibles de former des pulsars à longue période. Une situation est que lorsque l'accrétion de deux pulsars est interrompue par un corps céleste tiers et que l'accrétion est interrompue, il est possible de former un pulsar à longue période. Un autre scénario est que des naines blanches se forment après l’effondrement de vieilles étoiles et qu’elles fusionnent pour former des pulsars périodiques.

Alors, quelle est la raison pour laquelle nous ne parvenons pas à trouver davantage de pulsars à longue période ? En effet, la plupart des pulsars à longue période ont de faibles rapports signal/bruit et sont sensibles aux interférences de bruit rouge causées par les observations à long terme avec des télescopes astronomiques. Par conséquent, la détection des pulsars à longue période est extrêmement difficile.

En réponse aux problèmes difficiles de détection des pulsars à longue période, au cours de la dernière année de travaux de recherche, Zhou Dengke, le chercheur associé Wang Pei de l'Observatoire astronomique national de l'Académie chinoise des sciences, le chercheur Li Ru et d'autres ont utilisé un nouveau plan de méthode de recherche et ont réussi à trouver des pulsars à longue période dans des amas d'étoiles globulaires.

「Tout d'abord, grâce à la simulation et à l'analyse quantitative, nous avons systématiquement évalué l'impact du bruit rouge sur la sensibilité des recherches de pulsar à longue période. Sur cette base, nous avons utilisé les résultats de la simulation pour sélectionner soigneusement les paramètres appropriés, supprimant ainsi efficacement le bruit rouge. dans les données. En outre, l'algorithme de pliage rapide (FFA) a été utilisé pour effectuer une recherche détaillée et approfondie de plusieurs données publiques d'enquête sur les amas d'étoiles globulaires observées par China Sky Eye.

Enfin, l'équipe de recherchea découvert deux pulsars à longue période avec des périodes de rotation de 1,9 secondes et 3,9 secondes dans l'amas globulaire M15, nommés respectivement M15K et M15L. M15L est également le pulsar avec la période de rotation la plus longue parmi les amas d'étoiles globulaires découverts jusqu'à présent.

^{Figure 1 Deux pulsars à longue période nouvellement découverts dans l'amas globulaire M15. À gauche se trouve le profil d'impulsion et le diagramme en cascade phase-temps des deux pulsars, et à droite se trouve un diagramme schématique des positions des deux pulsars dans M15. Source : Zhou et al., 2024, Sci. China-Phys., 67, 269512.}

Li Li, auteur correspondant de l'article et scientifique en chef de FAST, a déclaré : "Cette découverte révèle une nouvelle voie évolutive pour les pulsars à amas globulaire. FAST change systématiquement notre compréhension des pulsars à amas globulaire."

Cette découverte révolutionnaire a été publiée sous forme d'article de couverture dans la célèbre revue académique "SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy" le 18 avril.

Adresse arXiv : https://arxiv.org/pdf/2312.05868

L'équipe de recherche a également analysé plus en détail les propriétés physiques des deux pulsars et a constaté que leurs champs magnétiques sont également relativement forts. "Les pulsars peuvent affaiblir leurs champs magnétiques pendant le processus d'accrétion, et leurs champs magnétiques puissants indiquent en outre qu'ils n'ont connu qu'un bref processus d'accrétion binaire", a déclaré Zhou Dengke, le premier auteur de l'article.

Grâce à ce plan de recherche, l'équipe de recherche a continué à découvrir 13 pulsars à longue période. Ces découvertes complètent le chaînon manquant dans la recherche de pulsars à longue période dans les amas globulaires et sont d'une grande importance pour comprendre la classification des pulsars dans les amas globulaires et l'évolution des populations d'étoiles.

Modèles d'extraction de données

Dans cette étude, l'équipe a traité environ 90 heures de données d'observation China Sky Eye FAST de 2019 à 2022, totalisant environ 50 To.

De ces données d'observation originales à l'identification finale du pulsar, nous devons passer par plusieurs étapes telles que la dispersion achromatique, le paramétrage, l'élimination des interférences, la suppression du bruit rouge, la recherche de périodes, la sélection des candidats, la validation croisée, l'analyse temporelle, etc., impliquant beaucoup de travail de traitement de données et de consommation de ressources informatiques. Cet article utilise un organigramme pour rechercher des étoiles à impulsions à long terme dans le groupe d'étoiles en forme de boule.

La première est l'

étape de dispersion. Pendant le processus de propagation, le signal du pulsar sera dispersé en raison de l'influence du milieu interstellaire, ce qui amènera le signal haute fréquence à atteindre la terre avant le signal basse fréquence afin de superposer les signaux de différentes fréquences pour obtenir une impulsion. signal avec un rapport signal/bruit élevé, il est d'abord nécessaire en traitement de données d'effectuer des travaux de dispersion.

Le pulsar à longue période découvert dans M15.

À gauche se trouve le pulsar à longue période M15K, avec une période d'environ 1,928 secondes, et un DM d'environ 66,5 pc·cm^−3 à droite se trouve un pulsar à longue période M15L, avec une période ; d'environ 3,961 secondes et un DM d'environ 66,1 pc·cm ^−3. Dans chaque sous-figure, de haut en bas se trouvent le diagramme fréquence-phase avec/sans dispersion achromatique, la courbe d'impulsion et le diagramme temps-phase.

"L'équipe de calcul astronomique du laboratoire Zhijiang a optimisé le logiciel achromatique, ce qui a augmenté plusieurs fois l'efficacité du traitement des données. " a déclaré Zhou Dengke. La dispersion achromatique n'est que la première étape. Ce qui prend plus de temps et demande plus de travail, c'est le processus de sélection des candidats

qui suit.

Après une recherche via des algorithmes d'estimation des paramètres et de pliage, un grand nombre d'images de résultats de corps candidats seront obtenues. Les chercheurs doivent s'appuyer sur l'œil nu pour identifier si les images de résultats correspondent aux caractéristiques du signal des pulsars.速 L'équipe utilise systématiquement l'algorithme de calcul de pliage rapide pour effectuer une recherche cyclique des données du groupe d'étoiles en forme de boule répertoriées dans le tableau 1, et a finalement trouvé deux étoiles à impulsions longues cycliques M15K et M15L.

"Une heure d'observation peut produire des dizaines de milliers d'images candidates. Il est très difficile de distinguer des signaux très faibles parmi autant d'images.", a déclaré Zhou Dengke. L'utilisation de la méthode de modèle visuel d'IA auto-développée par l'Astronomical Computing Research Center peut filtrer efficacement les informations sur les candidats et réduire de trois ordres de grandeur le nombre de candidats nécessitant une intervention manuelle

.

"De nos jours, la quantité de données dans le domaine de l'astronomie est énorme et leur traitement prend beaucoup de temps. L'utilisation de technologies informatiques intelligentes telles que les algorithmes d'IA pour nous aider à traiter ces données peut nous libérer de l'analyse lourde des données et consacrer davantage "Nous avons besoin d'énergie pour comprendre la signification des données. Dans les images physiques, l'efficacité de la recherche scientifique est grandement améliorée", a déclaré Zhou Dengke.

L'informatique intelligente est devenue un outil indispensable dans les travaux de recherche scientifique de Zhou Dengke. Dans la prochaine étape de la recherche, il prévoit de corriger l'effet Doppler binaire, puis de rechercher des pulsars à longue période dans des amas globulaires pour améliorer l'exhaustivité de la recherche. Et en entraînant le modèle d'IA pour identifier les images de déphasage par effet Doppler, la vitesse de calcul est augmentée et l'ensemble du processus de recherche est accéléré.

"Le travail des astronomes est d'essayer de découvrir ou de vérifier les lois fondamentales de la nature à partir de l'analyse des données d'observation astronomiques. À une époque sans outils informatiques modernes, les astronomes représentés par Kepler ont résumé à partir d'une grande quantité de données d'observation astronomiques. Nous pouvons utilise désormais des clusters informatiques à grande échelle et des méthodes informatiques intelligentes pour améliorer considérablement l'efficacité de la recherche scientifique. Par exemple, cette nouvelle découverte peut aider à comprendre l'histoire de l'évolution multi-trajets des populations d'étoiles. Les paramètres du pulsar limitent le potentiel gravitationnel et la masse du. objets au centre de l'amas globulaire. Nous espérons utiliser des clusters informatiques à grande échelle et une technologie informatique intelligente pour découvrir des lois naturelles plus fondamentales à partir des données », a déclaré Zhou Dengke.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!