Нейронная сеть помогает при анализе сигналов

Исследователи натренировали нейронную сеть всего за несколько секунд точно оценивать свойства сливающихся черных дыр, используя испускаемые ими гравитационные волны. В будущем этот метод может также позволить при слиянии нейтронных звезд проводить с помощью телескопов быстрые наблюдения.

Черные дыры - это чрезвычайно компактные объекты. Радиус черной дыры с массой, равной солнечной, составляет всего три километра. Если они обращаются друг вокруг друга, то испускают гравитационные волны, являющиеся колебаниями пространства и времени, еще в 1916 г. предсказанными Альбертом Эйнштейном. В результате орбита становится все более тесной, а черные дыры ускоряются, пока, наконец, не сольются в последнем всплеске гравитационных волн.

Распространяющиеся со световой скоростью по Вселенной гравитационные волны, обнаруживаются детекторами в США (LIGO) и Италии (Virgo). На основе собранных ими данных и теоретических предсказаний ученые оценивают, например, насколько велики черные дыры и как быстро они вращаются. В настоящее время этот процесс занимает не менее нескольких часов, а то и месяцев.

Для ускорения этого процесса ученые двух немецких исследовательских институтов  - MPI-IS  (Тюбинген) и AEI (Потсдам) - разработали алгоритм, применяющий глубокую нейронную сеть, представляющий собой сложный компьютерный код, то есть последовательность простых операций, по образцу работы человеческого мозга. Буквально за считанные секунды система выводит все свойства пары соединяющихся черных дыр.

Художественное изображение гравитационных волн, исходящих от двух вращающихся вокруг друг друга черных дыр Фото: LIGO / T. Pyle

Исследовательская группа тренировала нейронную сеть на множестве моделей - предсказанных гравитационных волн для возможных бинарных систем черных дыр в комбинации с шумом детекторов. Так нейросеть изучает корреляции полученных данных гравитационных волн с параметрами, которые характеризуют систему черных дыр.

На обучение алгоритма под названием DINGO ушло десять дней. Затем всего за несколько секунд сеть вывела размер, собственный угловой момент и все остальные параметры черных дыр, из данных недавно наблюдавшихся гравитационных волн. Высокоточный анализ расшифровывает пульсации пространства-времени практически в реальном времени - никогда ранее это не делалось с такой скоростью и точностью.

"Преимущество DINGO в том, что после обучения он способен быстро делать анализ новых событий. Следует отметить, что он также дает подробные оценки погрешностей параметров, которые в прошлом было трудно определить методами машинного обучения".
Стивен Грин, отдел астрофизики и космологической относительности AEI

Источник: astronews.com