الشبكات العصبية تضاهي الأساليب التقليدية في البحث عن اندماج النجوم النيوترونية
تمكن العلماء من تدريب شبكة عصبية على اكتشاف إشارات اندماج النجوم النيوترونية بسرعة في بيانات المراصد الثقالية. في السابق، كان هذا يتطلب آلاف المعالجات، أما الآن فبطاقة رسوميات واحدة كافية. هذا الأسلوب لا يقل دقة عن الطرق التقليدية ويفتح الطريق أمام الرصد الفوري لهذه الأحداث النادرة. تخيّل أن الكون يحدثنا بلغة الجاذبية، ونحن نتعلم سماعه بوضوح متزايد.
النجوم النيوترونية هي بقايا فائقة الكثافة لانفجارات المستعرات العظمى، وقد تنبأ بها فريتز زفيكي. أما أنواعها سريعة الدوران – النجوم النابضة – فقد اكتشفتها جوسلين بيل بورنيل. عندما يقترب نجمان من هذا النوع ويندمجان، تنشأ موجات ثقالية – وهي تموجات في نسيج الزمكان نفسه. هذه الأحداث لا تسبب تموجات في نسيج الكون فحسب، بل تُطلِق أيضاً عناصر ثقيلة مثل الذهب والبلاتين، وتُنتج ومضات ضوئية يمكن للتلسكوبات رصدها. المشكلة تكمن في رصد الإشارة الضعيفة في ضوضاء الكواشف في الوقت المناسب – تماماً كسماع لحن مألوف وسط حشد صاخب.
في الماضي، كان البحث يُجرى بأسلوب مباشر: حيث تُحسب آلاف الأشكال المحتملة للإشارة مسبقاً وتُقارن باستمرار مع قراءات المجسّات – مثل البحث عن نموذج محدد في أرشيف ضخم من الإشارات. تعمل شبكة Aframe العصبية بشكل مختلف. الإشارة الطويلة 'المُغرِّدة' تُضغط أولاً باستخدام تقنية التغاير (heterodyning) – وهي تقنية تشبه ضبط جهاز راديو قديم: حيث تُزال التردد الحامل ويُبقى الصوت النقي البطيء. ويتبقى مقطع لا تتجاوز مدته ثانية ونصف، فتحدد الشبكة العصبية فوراً ما إذا كان يحتوي اندماجاً أم لا.
أظهرت الاختبارات على بيانات مرصدَيْ ليجو (LIGO) لرصد الموجات الثقالية، واللذين ساهم في إنشائهما راينر فايس، أن Aframe تكتشف اندماجات النجوم النيوترونية بكفاءة لا تقل عن الخوارزميات الكلاسيكية، بل وتتفوق عليها في حالة الأنظمة الأثقل. ويصل التنبيه بالفعل إلى علماء الفلك في أقل من خمس ثوانٍ. وهذا يمنح فرصة حقيقية لتوجيه التلسكوبات ورؤية الضوء الصادر عن الكارثة الكونية، فضلاً عن إلقاء نظرة على باطن النجوم حيث تنضغط المادة إلى كثافات لا تُصدَّق وتخضع لـالنموذج المعياري لفيزياء الجسيمات في أقصى حدود الممكن.
في المستقبل، ستتمكن مثل هذه الشبكات العصبية من البحث عن أي اندماج – سواء تضمّن ثقوباً سوداء أو أزواجاً مختلطة. وهذا سيجعل علم الفلك متعدد الرسل فورياً بحق.
🎯 تقنية التغاير التي مكّنت من ضغط الإشارات للشبكة العصبية اختُرعت لأجهزة الراديو منذ أكثر من قرن، وهي اليوم أساس تقنيتَي واي فاي وبلوتوث.
🎬 في رواية 'اتصال' لكارل ساغان، استغرق البحث عن إشارة فضائية شهوراً طويلة – أما الشبكات العصبية الحديثة فتستطيع 'سماع' الاندماجات الكونية بشكل شبه فوري.