지능형 컴퓨팅으로 검색 속도 향상, China Sky Eye FAST는 현재까지 구상성단에서 가장 긴 주기의 펄서를 발견

구형 성단은 중력에 의해 묶인 천체계의 일종이라는 것을 알고 있습니다. 이들은 수만에서 수백만 개의 별로 구성된 고대 성단입니다. 대부분은 모양이 구형이지만 중력의 영향을 받을 수도 있습니다. 다른 천체 시스템의 모양이 구형에서 벗어납니다. 구상 성단의 역동적인 진화 과정과 별 집단의 합성 경로는 현재 문헌계의 뜨거운 연구 주제입니다.

수십년 간의 진화 끝에 구상성단의 별 수는 몇 개의 밀도 높은 별로 계속해서 줄어들었고, 펄서는 그중 하나입니다. 구상성단에 있는 펄서의 분포와 특성을 이해함으로써 밀도 분포, 질량 분포, 구상성단 내부의 다른 천체와의 상호작용에 대한 심층적인 이해를 얻을 수 있으며, 동적 진화 과정과 같은 중요한 정보를 얻을 수 있습니다. 구상 성단과 별 집단의 합성 경로.

천문 관측에 따르면 펄서는 주기적으로 외부로 전자기파 신호를 방출하는 것으로 밝혀졌으며 이는 광활한 우주에 펄서가 존재한다는 증거입니다. 지금까지 3,000개 이상의 펄서가 발견되었으며, 이는 주로 회전에 따라 일반 펄서와 밀리초 펄서의 두 가지 범주로 나뉩니다. 현재 알려진 밀리초 펄서는 500개가 넘으며 이는 알려진 펄서의 약 15%를 차지합니다. 일반 펄서의 회전 주기는 약 0.1초에서 몇 초인 반면, 밀리초 펄서의 회전 주기는 30밀리초 미만입니다.

밀리초 펄서는 일반 펄사와 다른 형성 역사를 가지고 있습니다. 일반 펄서는 일반적으로 나이가 수백만 년 미만으로 상대적으로 젊습니다. 반면 밀리초 펄서는 상대적으로 오래되었으며 가까운 쌍성계에서 질량을 증가시켜 각운동량을 얻습니다. 회전 주기는 밀리초 단위. 현재 관측 사실은 알려진 밀리초 펄서의 2/3 이상이 쌍성계에 있다는 것입니다. 구상 성단은 별 밀도가 더 높고 쌍성 형성 속도가 더 높습니다. 41개의 구상 성단에서 317개의 펄서가 발견되었습니다. 이들 펄사의 대부분은 수십 밀리초 범위의 회전 주기를 갖는 밀리초 펄서입니다. 밀리초 단위의 바이너리 스타 시스템입니다. 천문학 연구자들은 구상성단에 존재하는 더 긴 주기를 가진 또 다른 유형의 펄서가 있는지 궁금해합니다?

장주기 펄서 찾기

수십억 년의 진화 끝에 펄서는 점점 더 느리게 회전해야 합니다. 즉, 회전 주기가 점점 더 길어지는 것입니다. 우리가 찾는 대부분의 밀리초 펄서는 왜일까요?

"한 가지 가설에서는 구상 성단이 매우 밀도가 높기 때문에 펄서는 동반성 및 동반성으로부터 강착 물질을 쉽게 포착할 수 있습니다. 이 물질은 꼭대기를 휘두르는 채찍과 같아서 별을 다시 가속시킵니다. " 펄서의 회전"이라고 Jiang 연구소 천문 컴퓨팅 연구 센터의 Zhou Dengke 박사가 설명했습니다.

그러나 이론적으로 장주기 펄서를 형성할 수 있는 방법은 여러 가지가 있습니다. 한 가지 상황은 두 개의 펄서의 강착이 제3의 천체에 의해 방해를 받고 강착이 중단되면 장주기 펄서의 형성이 가능하다는 것입니다. 또 다른 시나리오는 늙은 별이 붕괴한 후에 백색 왜성이 형성되고, 백색 왜성이 합쳐져 주기 펄서를 형성한다는 것입니다.

그렇다면 우리가 더 많은 장주기 펄서를 찾지 못하는 이유는 무엇일까요? 이는 대부분의 장주기 펄서가 신호 대 잡음비가 낮고 천체 망원경을 사용한 장기간 관찰로 인한 적색 잡음 간섭에 취약하기 때문입니다. 따라서 장주기 펄서를 탐지하는 것은 매우 어렵습니다.

장주기 펄서 탐지의 어려운 문제에 대응하여 지난 1년여 동안 연구 작업을 진행한 Zhou Dengke, 중국 과학원 국립 천문대 왕 페이 부연구원, Li Ru 연구원 및 다른 사람들은 새로운 탐색 방법 계획을 사용하여 구상성단에서 장주기 펄서를 성공적으로 발견했습니다.

"먼저 시뮬레이션과 정량적 분석을 통해 적색 잡음이 장주기 펄서 탐색의 민감도에 미치는 영향을 체계적으로 평가했습니다. 이를 바탕으로 시뮬레이션 결과를 사용하여 적절한 매개변수를 신중하게 선택함으로써 적색 잡음을 효과적으로 제거했습니다. 또한 FFA(Fast Folding Algorithm)를 사용하여 China Sky Eye에서 관측한 다중 구상 성단 조사 공개 데이터를 상세하고 심층적으로 검색했습니다.

드디어 연구팀은구상성단 M15에서 각각 M15K와 M15L로 명명된 1.9초와 3.9초의 회전 주기를 갖는 두 개의 장주기 펄서를 발견했습니다. M15L은 지금까지 발견된 구상 성단 중 가장 긴 회전 주기를 가진 펄서이기도 합니다.

^{그림 1 구상성단 M15에서 새로 발견된 두 개의 장주기 펄서. 왼쪽에는 두 펄서의 펄스 프로파일과 위상-시간 폭포 다이어그램이 있고, 오른쪽에는 M15에 있는 두 펄서의 위치에 대한 개략도가 있습니다. 출처: Zhou et al., 2024, Sci.China-Phys., 67, 269512.}

논문의 교신 저자이자 FAST의 수석 과학자인 Li Li는 다음과 같이 말했습니다. "이번 발견은 구상 성단 펄서의 새로운 진화 경로를 보여줍니다. FAST는 구상 성단 펄서에 대한 우리의 이해를 체계적으로 바꾸고 있습니다."

이 획기적인 발견은 유명 학술지 'SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy' 4월 18일자 표지 논문으로 게재되었습니다.

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

연구팀은 또한 두 펄서의 물리적 특성을 추가로 분석한 결과 자기장도 상대적으로 강하다는 사실을 발견했습니다. "펄서는 ​​강착 과정에서 자기장을 약화시킬 수 있으며, 강력한 자기장은 또한 짧은 쌍성 강착 과정만 경험했음을 나타냅니다."라고 Zhou Dengke는 말했습니다.

이 검색 계획을 사용하여 연구팀은 13개의 장주기 펄서를 계속 발견했습니다. 이러한 발견은 구상 성단의 장주기 펄서 탐색에서 잃어버린 고리를 완성하며, 구상 성단의 펄서 분류와 별 집단의 진화를 이해하는 데 큰 의미가 있습니다.

데이터의 마이닝 패턴

이 연구에서 팀은 2019년부터 2022년까지 약 90시간의 China Sky Eye FAST 관측 데이터, 총 약 50TB를 처리했습니다.

원본 관측 데이터부터 펄서의 최종 식별까지 무색 분산, 매개변수 설정, 간섭 제거, 적색 잡음 제거, 주기 검색, 후보 선별, 교차 검증, 타이밍 분석, 등 많은 데이터 처리 작업과 컴퓨팅 리소스 소비가 필요합니다. 이 기사에서는 공 모양의 별군에서 장기 펄스 별을 찾는 순서도를 사용합니다.

첫 번째는

분산 과정입니다. 전파 과정에서 펄서 신호는 성간 매체의 영향으로 분산되어 고주파 신호가 저주파 신호보다 먼저 지구에 도달하게 되어 서로 다른 주파수의 신호를 중첩하여 펄스를 얻습니다. 신호 대 잡음비가 높은 신호를 처리하려면 먼저 데이터 처리에 필요합니다. 분산 작업을 수행합니다.

M15에서 발견된 장주기 펄서.

왼쪽은 약 1.928초의 주기를 갖는 장주기 펄서 M15K이고, 오른쪽은 약 66.5 pc·cm^−3의 DM을 갖는 장주기 펄서 M15L입니다. 약 3.961초, DM은 약 66.1pc·cm^-3입니다. 각 하위 그림에는 위에서 아래로 무색 분산이 있거나 없는 주파수 대 위상 다이어그램, 펄스 곡선 및 시간 위상 다이어그램이 있습니다.

"Zhijiang Laboratory의 천문 컴퓨팅 팀은 무채색 소프트웨어를 최적화하여 데이터 처리 효율성을 여러 번 높였습니다. " Zhou Dengke가 말했습니다. 무색 분산은 첫 번째 단계일 뿐입니다. 더 시간이 많이 걸리고 노동 집약적인 것은 후속 후보 심사 과정

입니다.

매개변수 추정 및 폴딩 알고리즘을 통해 검색한 후 수많은 후보 신체 결과 이미지를 얻게 됩니다. 연구자들은 결과 이미지가 펄서의 신호 특성과 일치하는지 육안으로 식별해야 합니다.速 팀은 체계적으로 빠른 접힘 계산 알고리즘을 사용하여 표 1에 나열된 공 모양의 별군 데이터에 대한 순환 검색을 수행하고 마침내 두 개의 장주기 펄스 별 M15K와 M15L을 발견했습니다.

"한 시간 동안 관찰하면 수만 개의 후보 이미지가 생성될 수 있습니다. 너무 많은 이미지에서 매우 약한 신호를 구별하는 것은 매우 어렵습니다." 천문컴퓨팅연구센터가 자체 개발한 AI 시각 모델 방식을 활용하면 후보자 정보를 효율적으로 선별할 수 있고, 수동 개입이 필요한 후보자 수를 3배나 줄일 수 있다

.

"요즘 천문학 분야의 데이터 양은 방대하고 처리하는 데 매우 많은 시간이 소요됩니다. AI 알고리즘과 같은 지능형 컴퓨팅 기술을 사용하여 이러한 데이터 처리를 지원하면 과도한 데이터 분석에서 벗어나 더 많은 시간을 투자할 수 있습니다. 물리적 이미지에서 과학적 연구 효율성이 크게 향상됩니다."라고 Zhou Dengke는 말했습니다.

                                                                               

지능형 컴퓨팅은 Zhou Dengke의 과학 연구 작업에 없어서는 안 될 도구가 되었습니다. 연구의 다음 단계에서 그는 이진 도플러 효과를 수정한 다음 구상 성단에서 장주기 펄서를 검색하여 검색의 완성도를 높일 계획입니다. 그리고 도플러 효과 위상 변이 이미지를 식별하기 위해 AI 모델을 훈련함으로써 계산 속도가 향상되고 전체 검색 프로세스가 가속화됩니다.

"천문학자의 임무는 천문관측 데이터의 분석을 통해 자연의 기본법칙을 발견하거나 검증하는 것입니다. 현대적인 컴퓨팅 도구가 없는 시대에 케플러로 대표되는 천문학자들은 수많은 천문관측 데이터를 종합하여 이제 대규모 컴퓨팅 클러스터와 지능형 컴퓨팅 방법을 사용하여 과학적 연구 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 이 새로운 발견은 별 집단의 다중 경로 진화 역사를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 우리는 대규모 컴퓨팅 클러스터와 지능형 컴퓨팅 기술을 사용하여 데이터에서 더 기본적인 자연 법칙을 발견하기를 희망합니다."라고 Zhou Dengke는 말했습니다.

위 내용은 지능형 컴퓨팅으로 검색 속도 향상, China Sky Eye FAST는 현재까지 구상성단에서 가장 긴 주기의 펄서를 발견의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!