Pengkomputeran pintar mempercepatkan carian, China Sky Eye FAST menemui pulsar tempoh terpanjang dalam gugusan bintang globular setakat ini

Kita tahu bahawa gugusan bintang globular ialah sejenis sistem cakerawala yang terikat oleh graviti. Ia adalah gugusan bintang purba yang terdiri daripada berpuluh-puluh ribu hingga berjuta-juta bintang daripada sistem cakerawala yang lain. Bentuk menyimpang daripada sfera. Proses evolusi dinamik gugusan bintang globular dan laluan sintesis populasi bintang adalah topik penyelidikan hangat dalam kalangan kesusasteraan semasa.

Selepas beberapa dekad evolusi, bilangan bintang dalam gugusan globular terus mengecil menjadi beberapa bintang padat, dan pulsar adalah salah satu daripadanya. Dengan memahami taburan dan sifat pulsar dalam gugusan globular, kita boleh memperoleh pemahaman yang mendalam tentang taburan ketumpatan, taburan jisim, dan interaksi dengan jasad angkasa lain di dalam gugusan globular, dan kemudian mendapatkan maklumat penting seperti proses evolusi dinamik gugusan globular dan laluan sintesis populasi bintang .

Menurut pemerhatian astronomi, didapati bahawa pulsar secara berkala akan mengeluarkan isyarat gelombang elektromagnet ke luar, yang merupakan bukti kewujudan mereka di alam semesta yang luas. Lebih daripada 3,000 pulsar telah ditemui setakat ini, yang kebanyakannya dibahagikan kepada dua kategori mengikut putaran mereka: pulsar biasa dan pulsar milisaat Pada masa ini terdapat lebih daripada 500 pulsar milisaat yang diketahui, menyumbang kira-kira 15% daripada pulsar yang diketahui. Tempoh putaran pulsar biasa adalah kira-kira 0.1 saat hingga beberapa saat, manakala tempoh putaran pulsar milisaat adalah kurang daripada 30 milisaat.

Pulsar milisaat mempunyai sejarah pembentukan yang berbeza daripada pulsar biasa: pulsar biasa biasanya agak muda, berumur kurang daripada beberapa juta tahun, manakala pulsar milisaat agak tua dan mendapat momentum sudut dengan menambah jisim dalam sistem bintang binari rapat Tempoh putaran mencapai tertib milisaat. Fakta pemerhatian semasa ialah lebih daripada dua pertiga daripada pulsar milisaat yang diketahui berada dalam sistem bintang binari. Kelompok globular mempunyai ketumpatan bintang yang lebih tinggi dan kadar pembentukan bintang binari yang lebih tinggi telah ditemui dalam 41 gugusan globular Kebanyakan pulsar ini adalah pulsar milisaat dengan tempoh putaran dalam julat berpuluh-puluh milisaat daripada milisaat. Pengkaji astronomi ingin tahu, adakah jenis pulsar lain dengan tempoh yang lebih lama wujud dalam gugusan globular? .

"Dalam satu hipotesis, kerana gugusan globular sangat padat, pulsar boleh dengan mudah menangkap bintang pengiring dan jirim pertambahan daripada bintang pengiring. Perkara ini seperti cambuk yang mencambuk gasing, yang akan mempercepatkan bintang itu semula. "The putaran pulsar," jelas Dr. Zhou Dengke dari Pusat Penyelidikan Pengkomputeran Astronomi Makmal Jiang. Namun, secara teorinya, terdapat banyak cara yang mungkin untuk membentuk pulsar jangka panjang. Satu keadaan ialah apabila pertambahan dua pulsar diganggu oleh badan angkasa pihak ketiga dan pertambahan terganggu, adalah mungkin untuk membentuk pulsar jangka panjang. Senario lain ialah kerdil putih terbentuk selepas keruntuhan bintang lama, dan kerdil putih bergabung untuk membentuk pulsar berkala.

Jadi, apakah sebab mengapa kita gagal untuk mencari lebih banyak pulsar period? Ini kerana kebanyakan pulsar jangka masa panjang mempunyai nisbah isyarat-ke-bunyi yang rendah dan terdedah kepada gangguan hingar merah yang disebabkan oleh pemerhatian jangka panjang dengan teleskop astronomi Oleh itu, pengesanan pulsar tempoh panjang amat mencabar

.

Sebagai tindak balas kepada masalah sukar dalam pengesanan pulsar jangka panjang, dalam setahun atau lebih kerja penyelidikan, Zhou Dengke, penyelidik bersekutu Wang Pei dari Balai Cerap Astronomi Kebangsaan Akademi Sains China, penyelidik Li Ru dan yang lain menggunakan pelan kaedah carian baharu dan berjaya menemui pulsar tempoh panjang dalam gugusan bintang globular. 「Pertama, melalui simulasi dan analisis kuantitatif, kami menilai secara sistematik kesan hingar merah pada sensitiviti carian pulsar jangka panjang Atas dasar ini, kami menggunakan hasil simulasi untuk memilih parameter yang sesuai dengan berhati-hati, dengan itu mengeluarkan bunyi merah dengan berkesan dalam data. Gangguan hingar Selain itu, algoritma lipatan pantas (FFA) digunakan untuk menjalankan carian terperinci dan mendalam bagi data awam tinjauan gugusan bintang globular yang diperhatikan oleh China Sky Eye.

Akhirnya, pasukan penyelidikmenemui dua pulsar tempoh panjang dengan tempoh putaran 1.9 saat dan 3.9 saat dalam gugusan globular M15, masing-masing dinamakan M15K dan M15L

. M15L juga merupakan pulsar dengan tempoh putaran paling lama antara gugusan bintang globular yang ditemui setakat ini

.

Rajah 1 Dua pulsar tempoh panjang yang baru ditemui dalam gugusan globular M15. Di sebelah kiri ialah profil nadi dan rajah air terjun fasa masa dua pulsar, dan di sebelah kanan ialah gambar rajah skema kedudukan dua pulsar dalam M15. Sumber: Zhou et al., 2024, Sci China-Phys., 67, 269512.

Li Li, pengarang bersama kertas dan ketua saintis FAST, berkata: "Penemuan ini mendedahkan laluan evolusi baharu untuk pulsar gugusan globular. FAST secara sistematik mengubah pemahaman kita tentang pulsar gugusan globular."

Penemuan terobosan ini diterbitkan sebagai artikel muka depan dalam jurnal akademik terkenal "SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy" pada 18 April.

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

Pasukan penyelidik juga menganalisis lebih lanjut sifat fizikal kedua-dua pulsar dan mendapati medan magnetnya juga agak kuat. "Pulsar mungkin melemahkan medan magnet mereka semasa proses pertambahan, dan medan magnet yang kuat juga menunjukkan bahawa mereka hanya mengalami proses pertambahan binari yang singkat, Zhou Dengke, pengarang pertama kertas itu."

Menggunakan pelan carian ini, pasukan penyelidik terus menemui 13 pulsar tempoh panjang. Penemuan ini melengkapkan pautan yang hilang dalam pencarian pulsar jangka panjang dalam gugusan globular, dan sangat penting untuk memahami klasifikasi pulsar dalam gugusan globular dan evolusi populasi bintang.

Corak perlombongan daripada data

Dalam kajian ini, pasukan memproses kira-kira 90 jam data pemerhatian China Sky Eye FAST dari 2019 hingga 2022, berjumlah kira-kira 50TB.

Daripada data pemerhatian asal ini kepada pengenalpastian akhir pulsar, kita perlu melalui beberapa langkah seperti penyebaran akromatik, penetapan parameter, penghapusan gangguan, penyingkiran hingar merah, carian tempoh, saringan calon, pengesahan silang, analisis masa, dsb., melibatkan banyak kerja pemprosesan data dan penggunaan sumber pengkomputeran. Artikel ini menggunakan carta alir untuk bintang nadi jangka panjang dalam kumpulan bintang berbentuk bola.

Yang pertama ialah

proses penyebaran. Semasa proses perambatan, isyarat pulsar akan tersebar kerana pengaruh medium antara bintang, menyebabkan isyarat frekuensi tinggi sampai ke bumi sebelum isyarat frekuensi rendah untuk menindas isyarat frekuensi yang berbeza untuk mendapatkan isyarat nadi dengan nisbah isyarat kepada hingar yang tinggi, pemprosesan data terlebih dahulu perlu Menjalankan kerja penyebaran.

Pulsar jangka panjang ditemui dalam M15.

Di sebelah kiri ialah pulsar M15K jangka masa panjang, dengan tempoh kira-kira 1.928 saat, dan DM kira-kira 66.5 pc·cm^−3 di sebelah kanan ialah pulsar M15L tempoh lama, dengan tempoh kira-kira 3.961 saat, dan DM kira-kira 66.1 pc·cm ^−3. Dalam setiap subgambar, dari atas ke bawah ialah rajah frekuensi lawan fasa dengan/tanpa serakan akromatik, lengkung nadi dan rajah fasa masa.

"Pasukan pengkomputeran astronomi Makmal Zhijiang telah mengoptimumkan perisian akromatik, yang telah meningkatkan kecekapan pemprosesan data beberapa kali. " kata Zhou Dengke. Penyebaran akromatik hanyalah langkah pertama Apa yang lebih memakan masa dan intensif buruh ialah proses saringan calon

yang seterusnya.

Selepas mencari melalui anggaran parameter dan algoritma lipatan, sejumlah besar imej hasil badan calon akan diperolehi Penyelidik mesti bergantung pada mata kasar untuk mengenal pasti sama ada imej hasil sepadan dengan ciri isyarat pulsar.速 Pasukan secara sistematik menggunakan algoritma pengiraan lipatan pantas untuk menjalankan pencarian kitaran bagi data kumpulan bintang berbentuk bola yang disenaraikan dalam Jadual 1, dan akhirnya menemui dua bintang nadi kitaran panjang M15K dan M15L.

"Sejam pemerhatian mungkin menghasilkan puluhan ribu imej calon. Sangat sukar untuk membezakan isyarat yang sangat lemah daripada banyak imej." Penggunaan kaedah model visual AI yang dibangunkan sendiri oleh Pusat Penyelidikan Pengkomputeran Astronomi boleh menyaring maklumat calon dengan cekap dan mengurangkan bilangan calon yang memerlukan campur tangan manual sebanyak tiga urutan magnitud

.

"Pada masa kini, jumlah data dalam bidang astronomi adalah besar, dan ia sangat memakan masa untuk diproses. Menggunakan teknologi pengkomputeran pintar seperti algoritma AI untuk membantu dalam memproses data ini boleh membebaskan kami daripada analisis data yang berat dan menumpukan lebih banyak tenaga untuk memahami maksud di sebalik data Dalam imej fizikal, kecekapan penyelidikan saintifik bertambah baik," kata Zhou Dengke.

                                                                                                

Pengkomputeran pintar telah menjadi alat yang sangat diperlukan dalam kerja penyelidikan saintifik Zhou Dengke Dalam langkah penyelidikan seterusnya, beliau merancang untuk membetulkan kesan Doppler binari dan kemudian mencari pulsar jangka masa panjang dalam kelompok globular untuk meningkatkan kesempurnaan carian. Dan dengan melatih model AI untuk mengenal pasti imej anjakan fasa kesan Doppler, kelajuan pengiraan meningkat dan keseluruhan proses carian dipercepatkan.

"Tugas ahli astronomi adalah untuk mencuba menemui atau mengesahkan undang-undang asas alam daripada analisis data cerapan astronomi. Dalam era tanpa alat pengkomputeran moden, ahli astronomi yang diwakili oleh Kepler merumuskan daripada sejumlah besar data cerapan astronomi Kita boleh kini menggunakan kluster pengkomputeran berskala besar dan kaedah pengkomputeran pintar untuk meningkatkan kecekapan penyelidikan saintifik dengan sangat baik objek di tengah gugusan globular Kami berharap dapat menggunakan gugusan pengkomputeran berskala besar dan teknologi pengkomputeran pintar untuk menemui lebih banyak undang-undang semula jadi asas daripada data," kata Zhou Dengke.

Atas ialah kandungan terperinci Pengkomputeran pintar mempercepatkan carian, China Sky Eye FAST menemui pulsar tempoh terpanjang dalam gugusan bintang globular setakat ini. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!