Ανακάλυψη οκτώ νέων βαρυτικών κυμάτων μέσω τεχνητών νευρωνικών δικτύων
Την ανακάλυψη οκτώ νέων βαρυτικών κυμάτων, που προέρχονται από συγκρούσεις μαύρων τρυπών, ανακοίνωσε η ερευνητική Ομάδα Βαρυτικών Κυμάτων του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ), με επικεφαλής τον καθηγητή Νικόλαο Στεργιούλα. Πρόκειται για παγκόσμια πρωτιά της Ομάδας του ΑΠΘ, καθώς οι ανιχνεύσεις, που έγιναν χρησιμοποιώντας δεδομένα από την τρίτη περίοδο παρατήρησης Ο3 των ανιχνευτών LIGO, επιτεύχθηκαν μέσω μιας καινοτόμου μεθόδου τεχνητής νοημοσύνης.
«Είναι η πρώτη φορά, παγκοσμίως, που νέες πηγές βαρυτικών κυμάτων ανακαλύπτονται χρησιμοποιώντας ένα τεχνητό νευρωνικό δίκτυο για την ανάλυση των δεδομένων από τους δύο ανιχνευτές LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Antenna) που βρίσκονται στις ΗΠΑ», δήλωσε στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο κ. Στεργιούλας, εξηγώντας ότι «αυτή η καινοτόμος προσέγγιση αποκάλυψε σήματα που είχαν περάσει απαρατήρητα, λόγω των περιορισμών που έχουν οι παραδοσιακές μέθοδοι ανάλυσης των δεδομένων».
«Τα σήματα προέρχονται από ζεύγη μαύρων τρυπών με μάζες δεκάδες φορές τη μάζα του Ήλιου, που συγχωνεύτηκαν σε αποστάσεις δισεκατομμυρίων ετών φωτός μακριά. Είναι ένα σημαντικό παράδειγμα της θετικής επίπτωσης που μπορεί να έχει η εφαρμογή τεχνικών της τεχνητής νοημοσύνης στην αστρονομία βαρυτικών κυμάτων», διευκρίνισε ο καθηγητής.
Η ομάδα του ΑΠΘ θα εκπαιδεύσει αστρονόμους από την Ευρώπη
Τα βαρυτικά κύματα είναι «ρυτιδώσεις» στον χωροχρόνο, που προκαλούνται από κοσμικά γεγονότα μεγάλης ισχύος, όπως η συγχώνευση μαύρων τρυπών. Αυτά τα κύματα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός και καταγράφονται από ειδικούς ανιχνευτές, όπως οι LIGO και Virgo, που μετρούν τις μικροσκοπικές μεταβολές που προκαλούνται στον χωροχρόνο. Επειδή αυτά τα σήματα είναι πολύ αδύναμα και συχνά «κρύβονται» μέσα σε θόρυβο, η ανάπτυξη προηγμένων αλγορίθμων είναι απαραίτητη για την αξιόπιστη ανίχνευσή τους.
Ο πρωτοποριακός αλγόριθμος που αναπτύχθηκε στο ΑΠΘ ονομάζεται «AresGW» και η ομάδα τον εξελίσσει συνεχώς, προσθέτοντας νέες δυνατότητες. Ήδη, η ομάδα του ΑΠΘ ανέλαβε να εκπαιδεύσει άλλους αστρονόμους από την Ευρώπη στη χρήση του «AresGW», στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού ερευνητικού έργου ACME.
Η ομάδα του ΑΠΘ είναι μέλος της διεθνούς συνεργασίας που λειτουργεί τους μοναδικούς εν λειτουργία ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO-Virgo-KAGRA. Συγκεκριμένα, συμμετέχει στη λειτουργία του ανιχνευτή Virgo που βρίσκεται στην Πίζα της Ιταλίας, μέσω μνημονίου συνεργασίας που υπέγραψε το ΑΠΘ με τον οργανισμό European Gravitational Observatory.
Η δημοσίευση και η επιβεβαίωση της ανακάλυψης
Οι οκτώ νέες ανακαλύψεις δημοσιεύτηκαν σε εκτενές ερευνητικό άρθρο στο έγκριτο περιοδικό «Machine Learning: Science and Technology» του Βρετανικού Institute of Physics, ενώ η εκτίμηση των ιδιοτήτων των οκτώ νέων πηγών επιβεβαιώθηκε ήδη σε πρόσφατη ανάλυση του LIGO. Οι συγγραφείς της εργασίας είναι η Αλεξάνδρα Ελένη Κολονιάρη, υποψήφια διδάκτωρ του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ, η Ευδοκία Κουρσουμπά, απόφοιτη του Τμήματος Φυσικής ΑΠΘ, η Δρ. Παρασκευή Νούση, ερευνήτρια πλέον στο Swiss Data Science Center της Ζυρίχης, ο Παρασκευάς Λαμπρόπουλος, μεταπτυχιακός φοιτητής πλέον στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, ο Νικόλαος Πασσαλής, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών του ΑΠΘ, ο Αναστάσιος Τέφας, καθηγητής του Τμήματος Πληροφορικής ΑΠΘ και ο Νικόλαος Στεργιούλας, καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.
Η ανακάλυψη των οκτώ νέων πηγών θα παρουσιαστεί σε ομιλία στο 17ο Συνέδριο της Ελληνικής Αστρονομικής Εταιρείας από την Αλεξάνδρα Ελένη Κολονιάρη, η οποία ανέπτυξε νέες μεθόδους για την καλύτερη αναγνώριση των βαρυτικών κυμάτων, μέσω ειδικών φίλτρων. Μια σύνοψη των αποτελεσμάτων φιλοξενείται σε προσκεκλημένο άρθρο των Α. E. Κολονιάρη και Ν. Στεργιούλα στο νέο τεύχος του περιοδικού «Ίππαρχος», της Ελληνικής Αστρονομικής Εταιρείας, ενώ η εικόνα των οκτώ νέων πηγών φιλοξενείται στο εξώφυλλο του περιοδικού.
Το συνέδριο ξεκινά σήμερα Δευτέρα 30 Ιουνίου στην Πάτρα και θα περιλαμβάνει επίσης ανακοίνωση της Ευδοκίας Κουρσουμπά σχετικά με την βελτίωση των χαρακτηριστικών του θορύβου των ανιχνευτών, που βοήθησε στην πιστοποίηση των νέων ανιχνεύσεων, καθώς και ομιλίες και ανακοινώσεις νέων μελών της ερευνητικής Ομάδας Βαρυτικών Κυμάτων του ΑΠΘ (Γ. Παπιγκιώτης, Δ. Πέσιος, Α. Βασιλειάδου, Λ. Λαζαρίδης και Χ. Πασχαλίδης), που εργάζονται σε νέα θέματα ή επεκτάσεις του κώδικα «AresGW».
Η έρευνα αυτή, όπως κατέληξε ο κ. Στεργίουλας «έδειξε εν τέλει ότι η τεχνητή νοημοσύνη και η επιστήμη των δεδομένων μπορούν να φέρουν επανάσταση στη μελέτη του Σύμπαντος, καθιστώντας την αναζήτηση βαρυτικών κυμάτων ταχύτερη και ακριβέστερη, φέρνοντάς μας πιο κοντά στην αποκάλυψη των πιο ακραίων φαινομένων της φύσης».
