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“中國(guó)天眼”再立新功:AI篩圖助學(xué)者“大海撈針”

2020-06-07
來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)
關(guān)鍵詞: 中國(guó)天眼 AI FRB 光子

    近期,,“中國(guó)天眼”再立新功,,發(fā)現(xiàn)來(lái)自宇宙深處的快速射電暴(FRB)新源。研究人員利用自主研發(fā)的搜尋技術(shù),結(jié)合深度學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)(AI),,對(duì)FAST海量的巡天數(shù)據(jù)進(jìn)行快速搜索,,發(fā)現(xiàn)了這一新源。近日,,該研究成果在線發(fā)表于《天體物理學(xué)快報(bào)》上,。

    與首個(gè)重復(fù)射電暴脈沖結(jié)構(gòu)相似

    “這是FAST通過(guò)盲搜發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)快速射電暴新源,被命名為FRB 181123,。這一新源顯示出兩個(gè)特點(diǎn),,一是脈沖輪廓表現(xiàn)為較罕見(jiàn)的三峰結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)通常在重復(fù)射電暴中出現(xiàn);二是色散量高,,在已知快速射電暴里位列前茅,,由此可判斷其來(lái)自宇宙的極深處?!敝鞜槵|告訴科技日?qǐng)?bào)記者,。

    

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    快速射電暴是一種持續(xù)僅數(shù)毫秒的神秘射電暴發(fā)現(xiàn)象。以往觀測(cè)到的快速射電暴大部分是一次性的,,通常只有單峰結(jié)構(gòu),,即望遠(yuǎn)鏡在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)接收到的光子數(shù)量突然劇烈上升,就像天空突然閃亮,又迅速暗淡下來(lái),。其中只有極少數(shù)是重復(fù)暴發(fā)的快速射電暴,,這時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)多峰結(jié)構(gòu),即連續(xù)閃爍兩三次,,甚至更多,。

    朱煒瑋表示,此次發(fā)現(xiàn)的新源就連續(xù)閃爍了3次,,每次閃爍的間隔約為5毫秒,,第一次暴發(fā)的能量最高,后兩次暴發(fā)的能量大致相當(dāng),,但比第一次“暗”很多,。“這與人們觀測(cè)到的首個(gè)重復(fù)射電暴FRB 121102的脈沖結(jié)構(gòu)十分相似,?!?/p>

    但是,當(dāng)被問(wèn)及是否能夠就此判定該新源為重復(fù)射電暴時(shí),,朱煒瑋的回答是否定的,,“由于我們對(duì)快速射電暴的形成機(jī)制尚不了解,僅憑多峰結(jié)構(gòu)無(wú)法為快速射電暴貼上‘重復(fù)’標(biāo)簽,,今后我們會(huì)繼續(xù)緊盯FRB 181123,,觀測(cè)其是否重復(fù)暴發(fā)?!?/p>

    如何判斷FRB 181123源自宇宙深處?

    李菂在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)指出,,脈沖信號(hào)與星際及星系際電子相互作用,不同頻率的電磁波傳播速度不同導(dǎo)致色散,,跟光線通過(guò)云層產(chǎn)生彩虹有同樣的物理基礎(chǔ),。頻率高的光子速度快,會(huì)先到達(dá)地球,,通過(guò)測(cè)量不同頻率的光子到達(dá)地球的時(shí)間,,就可以計(jì)算出快速射電暴的色散程度。色散量越高,,也就意味著光子的旅程越漫長(zhǎng),,離地球也就越遠(yuǎn)。此次發(fā)現(xiàn)的新源色散量約為FRB 121102的三倍,,意味著該新源來(lái)自更遠(yuǎn)的宇宙深處,。

    “經(jīng)估算,該脈沖信號(hào)可能在宇宙中跋涉了約百億年,,最終在2018年11月23日被FAST‘捕獲’,?!敝鞜槵|說(shuō)。

    “這一新發(fā)現(xiàn)有賴(lài)于FAST超高的靈敏度,?!崩钋呥M(jìn)一步解釋?zhuān)潆娡h(yuǎn)鏡同光學(xué)望遠(yuǎn)鏡一樣,口徑越大,,靈敏度就越高,,接收到的電磁波就越多,探測(cè)能力就越強(qiáng),。如果將FRB 181123繪在星空畫(huà)布上,,它可能就是極淡的一抹色彩。就像2018年FAST探測(cè)到有史以來(lái)最暗弱的毫秒脈沖星之一,,很多其他國(guó)家的望遠(yuǎn)鏡看了很多次卻都沒(méi)有看到這顆脈沖星,,這充分證明了FAST的“火眼金睛”。

    AI篩圖助學(xué)者“大海撈針”

    除了FAST超強(qiáng)的硬件配置,,后期數(shù)據(jù)的軟件處理也是尋找到快速射電暴新源的關(guān)鍵之一,。

    “我們發(fā)現(xiàn)新源的數(shù)據(jù)源自FAST的‘多科學(xué)目標(biāo)漂移掃描巡天’項(xiàng)目?!敝鞜槵|回憶,,當(dāng)時(shí)FAST正值調(diào)試期間,很多工作需要在白天完成,,研究人員便利用FAST晚上的“空閑”時(shí)間,,張開(kāi)這只“巨眼”,,對(duì)著天空進(jìn)行漂移掃描,。

    漂移掃描是一種簡(jiǎn)易快捷的掃描方式,即FAST自身保持不動(dòng),,依托地球本身的自轉(zhuǎn),,就能夠讓特定天區(qū)“一覽無(wú)余”。當(dāng)然,,操作簡(jiǎn)潔的背后,,是讓研究人員十分頭痛的海量數(shù)據(jù)。尤其對(duì)于能夠同時(shí)“望”向19個(gè)方向的FAST來(lái)講,,數(shù)據(jù)流每秒鐘高達(dá)幾千兆,。

    這些數(shù)據(jù)并非全部為有效數(shù)據(jù),相反,,大部分是源自地球表面和衛(wèi)星等的干擾信號(hào),。在如此龐雜的信號(hào)中想要搜尋出天體或特殊天文事件的信號(hào),無(wú)異于大海撈針,。

    “以往篩選數(shù)據(jù)時(shí),,一個(gè)人往往要看上百萬(wàn)張圖像,,一天下來(lái)頭暈眼花。如今,,我們采用了深度學(xué)習(xí)圖像識(shí)別技術(shù),,讓AI先把海量數(shù)據(jù)過(guò)一遍,可以減少近百倍的人工工作量,?!敝鞜槵|說(shuō)。

    地面信號(hào)往往色散量很小,,天體信號(hào)則不然,。研究人員將信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成二維圖像,再將之置于多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,,利用上述天體和地面信號(hào)色散量等典型特征,,篩選出天體信號(hào),最終“撈”出了這一快速射電暴新源,。

    從設(shè)計(jì),、建設(shè)、落成,、調(diào)試,,再到今年初通過(guò)驗(yàn)收正式開(kāi)放運(yùn)行,“中國(guó)天眼”500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)宛如貴州喀斯特洼坑中的一顆明珠,,一舉一動(dòng)都牽動(dòng)著天文學(xué)家乃至全國(guó)人民的心?,F(xiàn)在看來(lái)一切都是值得的。

    

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