Una ilustración artística de dos agujeros negros en espiral juntos, creando ondas gravitacionales en el espacio-tiempo.
(Imagen: © NASA)
Un nuevo estudio encuentra que un nuevo programa de software que utiliza inteligencia artificial puede ayudar a detectar y analizar rápidamente las ondas gravitacionales (ondas en la estructura cósmica del espacio-tiempo) a partir de eventos catastróficos como colisiones entre agujeros negros.
La nueva técnica, llamada filtrado profundo, puede ayudar a los investigadores a ver eventos cataclísmicos que el software actual podría no detectar, como las fusiones titánicas en los corazones de las galaxias, según los autores de un nuevo artículo que describe el trabajo.
Las ondas gravitacionales son ondas en la estructura del espacio y el tiempo. Se generan cuando cualquier objeto con masa se mueve, y viajan a la velocidad de la luz, estirando y exprimiendo el espacio-tiempo en el camino.
Las ondas gravitacionales son extraordinariamente difíciles de detectar, y las que los científicos pueden detectar son de objetos excepcionalmente masivos. Aunque la existencia de ondas gravitacionales fue predicha por primera vez por Albert Einstein en 1916, los científicos tardaron más de un siglo en detectar con éxito la primera evidencia directa de ondas gravitacionales, utilizando el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) para detectar las consecuencias gravitacionales de Dos agujeros negros rompiendo juntos.
El descubrimiento de las ondas gravitatorias le valió a tres científicos el Premio Nobel de física 2017 en octubre de 2017. Desde entonces, los investigadores también han detectado ondas gravitacionales de un par de estrellas muertas en colisión llamadas estrellas de neutrones, hallazgos que podrían haber ayudado a resolver el misterio de hace décadas. cómo se crearon algunos de los elementos pesados del universo.
Sin embargo, el software que actualmente analiza las señales que detectan los observatorios de ondas gravitacionales puede tomar varios días para reducir qué tipo de evento podría haber generado esas ondas gravitacionales, dijo el coautor del estudio, Eliu Huerta, a Space.com en una entrevista.
Además, este software está especializado para detectar fusiones entre objetos que están en órbitas aproximadamente circulares entre sí y relativamente aislados de su entorno, según Huerta, astrofísico teórico de la Universidad de Illinois en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de Urbana-Champaign. Es probable que el software no detecte ondas gravitacionales de objetos en áreas donde las estrellas están densamente juntas, como los núcleos de galaxias, donde los tirones gravitacionales de las estrellas cercanas pueden distorsionar las órbitas de forma circular a más "excéntrica" u ovalada, Huerta dijo.
Ahora, los autores del estudio sugieren que el software de inteligencia artificial podría ayudar a acelerar en gran medida el análisis de las ondas gravitacionales, así como "[habilitar] la detección de nuevas clases de fuentes de ondas gravitacionales que pueden pasar desapercibidas con los algoritmos de detección existentes". le dijo a Space.com.
El nuevo software de IA involucra redes neuronales artificiales, en las cuales los componentes artificiales denominados "neuronas" se alimentan de datos y cooperan para resolver un problema, como el reconocimiento de una imagen. Luego, una red neuronal ajusta repetidamente las conexiones entre sus neuronas y ve si estos nuevos patrones de conexión son mejores para resolver el problema. Con el tiempo, este proceso de prueba y error revela qué patrones son mejores en soluciones informáticas, imitando el proceso de aprendizaje en el cerebro humano.
Mientras que las técnicas convencionales pueden tomar varios días para reducir las características de los eventos gravitacionales de los datos del detector, las redes neuronales de vanguardia conocidas como "redes neuronales convolucionales profundas" podrían hacerlo en un segundo, descubrieron los científicos. Además, mientras que los métodos convencionales necesitarían miles de CPU (las unidades centrales de procesamiento de computadoras) para realizar esta tarea, la nueva técnica funcionó "incluso con una sola CPU, es decir, con su teléfono inteligente o una computadora portátil estándar", dijo Huerta.
Además, los investigadores descubrieron que esta nueva técnica también podría analizar rápidamente las fusiones que son más complejas de lo que puede analizar el software actual, como las fusiones que involucran agujeros negros en órbitas excéntricas. El nuevo software también tuvo tasas de error más bajas y fue mejor para detectar fallas en los datos.
Huerta y Daniel George, astrofísico computacional de la Universidad de Illinois en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de Urbana-Champaign, detallaron sus hallazgos en línea el 27 de diciembre en la revista Physics Letters B.
