Ilustração de um artista de dois buracos negros em espiral juntos, criando ondas gravitacionais no espaço-tempo.
(Imagem: © NASA)
Um novo programa de software que usa inteligência artificial pode ajudar a detectar e analisar rapidamente ondas gravitacionais - ondulações no tecido cósmico do espaço-tempo - de eventos catastróficos, como colisões entre buracos negros, segundo um novo estudo.
A nova técnica, chamada de filtragem profunda, pode ajudar os pesquisadores a ver eventos cataclísmicos que o software atual pode não detectar, como fusões titânicas no coração das galáxias, de acordo com os autores de um novo artigo que descreve o trabalho.
Ondas gravitacionais são ondulações no tecido do espaço e do tempo. Eles são gerados quando qualquer objeto com massa se move e viajam na velocidade da luz, esticando e apertando o espaço-tempo ao longo do caminho.
As ondas gravitacionais são extraordinariamente difíceis de detectar, e as que os cientistas podem detectar são de objetos excepcionalmente massivos. Embora a existência de ondas gravitacionais tenha sido prevista pela primeira vez por Albert Einstein em 1916, levou mais de um século para os cientistas detectarem com sucesso a primeira evidência direta de ondas gravitacionais, usando o Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) para identificar as consequências gravitacionais de dois buracos negros esmagando juntos.
A descoberta das ondas gravitacionais rendeu a três cientistas o Prêmio Nobel de Física de 2017 em outubro de 2017. Desde então, os pesquisadores também detectaram ondas gravitacionais de um par de estrelas mortas em colisão chamadas estrelas de nêutrons - descobertas que podem ter ajudado a resolver o mistério de décadas. como alguns dos elementos pesados do universo foram criados.
No entanto, o software que atualmente analisa os sinais que os observatórios de ondas gravitacionais detectam pode levar vários dias para diminuir que tipo de evento pode ter gerado essas ondas gravitacionais, disse o co-autor do estudo Eliu Huerta ao Space.com em entrevista.
Além disso, este software é especializado para detectar fusões entre objetos que estão em órbitas aproximadamente circulares entre si e relativamente isoladas do ambiente, de acordo com Huerta, astrofísica teórica da Universidade de Illinois no Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação de Urbana-Champaign. O software provavelmente falhará na detecção de ondas gravitacionais de objetos em áreas onde as estrelas estão densamente agrupadas, como os núcleos de galáxias, onde as forças gravitacionais das estrelas próximas podem distorcer as órbitas da forma circular para a mais "excêntrica" ou oval, Huerta disse.
Agora, os autores do estudo sugerem que o software de inteligência artificial pode ajudar a acelerar bastante a análise das ondas gravitacionais, além de "[habilitar] a detecção de novas classes de fontes de ondas gravitacionais que podem passar despercebidas com os algoritmos de detecção existentes", Huerta disse Space.com.
O novo software de IA envolve redes neurais artificiais, nas quais componentes artificiais chamados "neurônios" são alimentados com dados e cooperam para resolver um problema, como o reconhecimento de uma imagem. Uma rede neural então ajusta repetidamente as conexões entre seus neurônios e verifica se esses novos padrões de conexão são melhores para solucionar o problema. Com o tempo, esse processo de tentativa e erro revela quais padrões são melhores em soluções de computação, imitando o processo de aprendizado no cérebro humano.
Enquanto as técnicas convencionais podem levar vários dias para restringir os recursos dos eventos gravitacionais dos dados dos detectores, redes neurais de ponta conhecidas como "redes neurais convolucionais profundas" poderiam fazê-lo em um segundo, descobriram os cientistas. Além disso, enquanto os métodos convencionais precisariam de milhares de CPUs (as unidades centrais de processamento dos computadores) para executar essa tarefa, a nova técnica funcionava "mesmo com uma única CPU - ou seja, com o seu smartphone ou laptop comum", disse Huerta.
Além disso, os pesquisadores descobriram que essa nova técnica também pode analisar rapidamente fusões mais complexas do que o software atual pode analisar, como fusões envolvendo buracos negros em órbitas excêntricas. O novo software também apresentava taxas de erro mais baixas e era melhor em detectar falhas nos dados.
Huerta e Daniel George, astrofísico computacional da Universidade de Illinois no Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação de Urbana-Champaign, detalharam suas descobertas on-line em 27 de dezembro na revista Physics Letters B.
