Một chương trình trí tuệ nhân tạo mới có thể cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về các hệ sao đôi, giúp giảm đáng kể thời gian cần thiết để phân biệt các đặc điểm của các ngôi sao. Với chương trình này, những gì thường mất cả tháng có thể được thực hiện chỉ trong 10 phút.
Hệ thống, một mạng lưới nơ-ron có tên là PHOEBAI, do đó có thể cách mạng hóa quá trình đánh giá các hệ sao đôi này và xác định các đặc điểm của sao như khối lượng và kích thước, do đó giải quyết được tình trạng tắc nghẽn của hàng trăm nghìn sao đôi tiềm năng hiện đang chờ được phân tích.
"Hơn 50% các ngôi sao giống mặt trời và các ngôi sao có khối lượng lớn hơn nằm trong các hệ sao đôi hoặc nhiều sao", tác giả nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Đại học Villanova Andrej Prša nói với Space.com. "Những gì mất hơn hai tuần trên một siêu máy tính thì giờ chỉ mất vài phút hoặc vài giây trên một chiếc máy tính xách tay."
Một trong những cảnh đáng nhớ nhất trong Star Wars: A New Hope năm 1977 là khi Luke Skywalker ngước nhìn lên hai ngôi sao song sinh trên hành tinh quê hương của mình, Tatooine, mơ về những cuộc phiêu lưu ngoài không gian.
Tuy nhiên, anh ấy không ở quá xa mặt trời của chính hành tinh mình. Khi nhìn vào hai mặt trời song sinh từ khoảng cách xa hơn nhiều — cách xa nhiều năm ánh sáng — các nhà thiên văn học sẽ gặp khó khăn hơn nhiều so với Skywalker trẻ tuổi trong việc xác định hai ngôi sao từ một ngôi sao. Nhiệm vụ này đặc biệt khó khăn nếu những ngôi sao đó cắt nhau (nhìn từ điểm quan sát của chúng ta trên Trái Đất), vì điều này có nghĩa là ánh sáng từ cả hai ngôi sao có thể được nhìn thấy như một nguồn điểm duy nhất.
Để giải quyết khó khăn này, các nhà vật lý thiên văn từ Villanova đã phác thảo trí tuệ nhân tạo (AI) với hy vọng rằng nó có thể lấy những gì có vẻ là một điểm ánh sáng sao duy nhất trong các hệ thống cách xa nhiều năm ánh sáng và phân biệt xem ánh sáng có đến từ hai ngôi sao hay không, do đó xác định được cái gọi là "hệ sao đôi che khuất".
Việc cải thiện tốc độ đánh giá các ngôi sao đôi lên hàng triệu lần, như PHOEBAI trình bày, thật thú vị vì có rất nhiều ngôi sao trong vũ trụ tồn tại trong các hệ sao đôi và nhiều sao.
Tầm quan trọng của PHOEBAI vượt ra ngoài bối cảnh chỉ đơn thuần là khám phá ra các hệ thống này. Lý do là vì cách duy nhất các nhà khoa học có thể "cân" các ngôi sao là bằng cách quan sát các đặc tính quỹ đạo của một thiên thể khác quay quanh chúng.
"Nếu thiên thể khác đó tình cờ là một ngôi sao, thì thật tuyệt, vì chúng ta có thể nhìn thấy nó — không giống như, ví dụ, một ngoại hành tinh mờ quay quanh. Vì vậy, các ngôi sao đôi cung cấp cho chúng ta khối lượng sao", Prša cho biết. "Tốt hơn nữa, chúng cũng có thể cung cấp cho chúng ta bán kính sao. Các ngôi sao thực sự ở khoảng cách thiên văn, nghĩa là, phần lớn, chúng ta không thể giải quyết đĩa của chúng. Hãy chuyển sang hệ sao đôi. Nếu điểm quan sát của chúng ta thẳng hàng với mặt phẳng quỹ đạo của hệ sao đôi, các ngôi sao sẽ trải qua hiện tượng nhật thực. Khi đó, chỉ cần hình học đơn giản để tìm ra kích thước của các ngôi sao là được."
Đó là cách bạn "giải quyết" một hệ sao.
"Các ngôi sao là những vật thể nhiệt động lực học rất phức tạp, khó mô hình hóa; do đó, các mô hình rất phức tạp và việc tính toán chúng cũng tốn nhiều thời gian", Prša cho biết. "Để 'giải' một sao đôi thông thường, phải mất hơn hai tuần trên một cụm máy tính. Quá trình này trở nên quá dài nếu chúng ta cố gắng phân tích hàng trăm nghìn sao đôi mà chúng ta hiện có."
PHOEBAI dựa trên một "mô hình vật lý" có tên là PHOEBE. PHOEBE đã được tối ưu hóa rất nhiều và do đó có thể cung cấp cho thế hệ con của nó hàng chục triệu quan sát được tạo ra một cách nhân tạo.
"Vai trò của AI trong bối cảnh này là đóng vai trò thay thế tạm thời cho mô hình vật lý. Nói cách khác, chúng tôi cho rằng bản chất sao đôi của hệ thống đã được thiết lập và chúng tôi muốn phân tích các quan sát và trích xuất các tham số sao cơ bản của các thành phần sao đôi", Prša cho biết. "Bằng cách này, chúng tôi đã tạo ra được một 'trình mô phỏng' mạnh mẽ của mô hình vật lý có độ chính xác ngang bằng, nhưng tốc độ nhanh hơn mô hình vật lý gấp khoảng một triệu lần."
Về các sứ mệnh mà PHOEBAI sẽ hỗ trợ, Prša cho biết các ứng cử viên trong quá khứ và hiện tại rõ ràng nhất là Thí nghiệm thấu kính hấp dẫn quang học (OGLE), các thợ săn ngoại hành tinh của NASA, Kính viễn vọng không gian Kepler và Vệ tinh khảo sát ngoại hành tinh quá cảnh (TESS). Ông nói thêm rằng kết quả đỉnh cao của PHOEBAI sẽ được công bố sau khi tàu vũ trụ theo dõi sao Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) công bố dữ liệu thứ tư.
"PHOEBAI hoàn toàn có tiềm năng làm thay đổi hoàn toàn hiểu biết của chúng ta về các sao đôi", Prša cho biết. "Tôi hy vọng rằng năm tới sẽ chứng kiến sự chuyển đổi của trường sao đôi bằng cách nâng số lượng sao đôi đã giải quyết từ vài trăm lên hàng trăm nghìn.
"Đây sẽ là kho báu nghiên cứu về quần thể sao trong những năm tới."
Các câu chuyện liên quan:
— Nhà thiên văn học này đã tìm thấy một ngôi sao bí ẩn trong dữ liệu của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Kính viễn vọng Hubble phát hiện ra một lỗ đen lang thang đang hút hết mì spaghetti sao
— Nghiên cứu mới cho thấy một ngôi sao trẻ khổng lồ đang phát triển gấp 2 khối lượng Sao Mộc mỗi năm
Trong khi đó, Prša giải thích rằng nhóm hiện đang trong quá trình thực hiện xác thực phút cuối đối với đầu ra AI của mình để đảm bảo không có bóng ma nào trong máy dưới dạng hệ thống lỗi.
"Song song đó, chúng tôi đang chuẩn bị dữ liệu Hình ảnh toàn khung TESS để mô hình hóa. Vào mùa hè, chúng tôi sẽ có kết quả sơ bộ cho khoảng 150.000 đường cong ánh sáng nhị phân che khuất và chúng tôi sẽ đầu tư một vài tháng để phân tích và diễn giải kỹ lưỡng các dữ liệu này", Prša kết luận. "Sau khi hoàn thành, chúng tôi sẽ phổ biến những phát hiện này cho đối tượng khoa học và công chúng nói chung trong các bài báo được bình duyệt ngang hàng và trên trang web của dự án."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào tháng 2 trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Hệ thống, một mạng lưới nơ-ron có tên là PHOEBAI, do đó có thể cách mạng hóa quá trình đánh giá các hệ sao đôi này và xác định các đặc điểm của sao như khối lượng và kích thước, do đó giải quyết được tình trạng tắc nghẽn của hàng trăm nghìn sao đôi tiềm năng hiện đang chờ được phân tích.
"Hơn 50% các ngôi sao giống mặt trời và các ngôi sao có khối lượng lớn hơn nằm trong các hệ sao đôi hoặc nhiều sao", tác giả nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Đại học Villanova Andrej Prša nói với Space.com. "Những gì mất hơn hai tuần trên một siêu máy tính thì giờ chỉ mất vài phút hoặc vài giây trên một chiếc máy tính xách tay."
Một trong những cảnh đáng nhớ nhất trong Star Wars: A New Hope năm 1977 là khi Luke Skywalker ngước nhìn lên hai ngôi sao song sinh trên hành tinh quê hương của mình, Tatooine, mơ về những cuộc phiêu lưu ngoài không gian.
Tuy nhiên, anh ấy không ở quá xa mặt trời của chính hành tinh mình. Khi nhìn vào hai mặt trời song sinh từ khoảng cách xa hơn nhiều — cách xa nhiều năm ánh sáng — các nhà thiên văn học sẽ gặp khó khăn hơn nhiều so với Skywalker trẻ tuổi trong việc xác định hai ngôi sao từ một ngôi sao. Nhiệm vụ này đặc biệt khó khăn nếu những ngôi sao đó cắt nhau (nhìn từ điểm quan sát của chúng ta trên Trái Đất), vì điều này có nghĩa là ánh sáng từ cả hai ngôi sao có thể được nhìn thấy như một nguồn điểm duy nhất.
Để giải quyết khó khăn này, các nhà vật lý thiên văn từ Villanova đã phác thảo trí tuệ nhân tạo (AI) với hy vọng rằng nó có thể lấy những gì có vẻ là một điểm ánh sáng sao duy nhất trong các hệ thống cách xa nhiều năm ánh sáng và phân biệt xem ánh sáng có đến từ hai ngôi sao hay không, do đó xác định được cái gọi là "hệ sao đôi che khuất".
Việc cải thiện tốc độ đánh giá các ngôi sao đôi lên hàng triệu lần, như PHOEBAI trình bày, thật thú vị vì có rất nhiều ngôi sao trong vũ trụ tồn tại trong các hệ sao đôi và nhiều sao.
Tầm quan trọng của PHOEBAI vượt ra ngoài bối cảnh chỉ đơn thuần là khám phá ra các hệ thống này. Lý do là vì cách duy nhất các nhà khoa học có thể "cân" các ngôi sao là bằng cách quan sát các đặc tính quỹ đạo của một thiên thể khác quay quanh chúng.
"Nếu thiên thể khác đó tình cờ là một ngôi sao, thì thật tuyệt, vì chúng ta có thể nhìn thấy nó — không giống như, ví dụ, một ngoại hành tinh mờ quay quanh. Vì vậy, các ngôi sao đôi cung cấp cho chúng ta khối lượng sao", Prša cho biết. "Tốt hơn nữa, chúng cũng có thể cung cấp cho chúng ta bán kính sao. Các ngôi sao thực sự ở khoảng cách thiên văn, nghĩa là, phần lớn, chúng ta không thể giải quyết đĩa của chúng. Hãy chuyển sang hệ sao đôi. Nếu điểm quan sát của chúng ta thẳng hàng với mặt phẳng quỹ đạo của hệ sao đôi, các ngôi sao sẽ trải qua hiện tượng nhật thực. Khi đó, chỉ cần hình học đơn giản để tìm ra kích thước của các ngôi sao là được."
Đó là cách bạn "giải quyết" một hệ sao.
Làm thế nào để bạn giải quyết một vấn đề như PHOEBAI?
Prša chỉ ra rằng trong khi việc nhật thực các ngôi sao đôi có thể giúp các nhà thiên văn học tiếp cận các thông số cơ bản của các ngôi sao, thì việc tiếp cận những đặc điểm này lại tốn kém về mặt thời gian và nguồn lực."Các ngôi sao là những vật thể nhiệt động lực học rất phức tạp, khó mô hình hóa; do đó, các mô hình rất phức tạp và việc tính toán chúng cũng tốn nhiều thời gian", Prša cho biết. "Để 'giải' một sao đôi thông thường, phải mất hơn hai tuần trên một cụm máy tính. Quá trình này trở nên quá dài nếu chúng ta cố gắng phân tích hàng trăm nghìn sao đôi mà chúng ta hiện có."
PHOEBAI dựa trên một "mô hình vật lý" có tên là PHOEBE. PHOEBE đã được tối ưu hóa rất nhiều và do đó có thể cung cấp cho thế hệ con của nó hàng chục triệu quan sát được tạo ra một cách nhân tạo.
"Vai trò của AI trong bối cảnh này là đóng vai trò thay thế tạm thời cho mô hình vật lý. Nói cách khác, chúng tôi cho rằng bản chất sao đôi của hệ thống đã được thiết lập và chúng tôi muốn phân tích các quan sát và trích xuất các tham số sao cơ bản của các thành phần sao đôi", Prša cho biết. "Bằng cách này, chúng tôi đã tạo ra được một 'trình mô phỏng' mạnh mẽ của mô hình vật lý có độ chính xác ngang bằng, nhưng tốc độ nhanh hơn mô hình vật lý gấp khoảng một triệu lần."
Về các sứ mệnh mà PHOEBAI sẽ hỗ trợ, Prša cho biết các ứng cử viên trong quá khứ và hiện tại rõ ràng nhất là Thí nghiệm thấu kính hấp dẫn quang học (OGLE), các thợ săn ngoại hành tinh của NASA, Kính viễn vọng không gian Kepler và Vệ tinh khảo sát ngoại hành tinh quá cảnh (TESS). Ông nói thêm rằng kết quả đỉnh cao của PHOEBAI sẽ được công bố sau khi tàu vũ trụ theo dõi sao Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) công bố dữ liệu thứ tư.
"PHOEBAI hoàn toàn có tiềm năng làm thay đổi hoàn toàn hiểu biết của chúng ta về các sao đôi", Prša cho biết. "Tôi hy vọng rằng năm tới sẽ chứng kiến sự chuyển đổi của trường sao đôi bằng cách nâng số lượng sao đôi đã giải quyết từ vài trăm lên hàng trăm nghìn.
"Đây sẽ là kho báu nghiên cứu về quần thể sao trong những năm tới."
Các câu chuyện liên quan:
— Nhà thiên văn học này đã tìm thấy một ngôi sao bí ẩn trong dữ liệu của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Kính viễn vọng Hubble phát hiện ra một lỗ đen lang thang đang hút hết mì spaghetti sao
— Nghiên cứu mới cho thấy một ngôi sao trẻ khổng lồ đang phát triển gấp 2 khối lượng Sao Mộc mỗi năm
Trong khi đó, Prša giải thích rằng nhóm hiện đang trong quá trình thực hiện xác thực phút cuối đối với đầu ra AI của mình để đảm bảo không có bóng ma nào trong máy dưới dạng hệ thống lỗi.
"Song song đó, chúng tôi đang chuẩn bị dữ liệu Hình ảnh toàn khung TESS để mô hình hóa. Vào mùa hè, chúng tôi sẽ có kết quả sơ bộ cho khoảng 150.000 đường cong ánh sáng nhị phân che khuất và chúng tôi sẽ đầu tư một vài tháng để phân tích và diễn giải kỹ lưỡng các dữ liệu này", Prša kết luận. "Sau khi hoàn thành, chúng tôi sẽ phổ biến những phát hiện này cho đối tượng khoa học và công chúng nói chung trong các bài báo được bình duyệt ngang hàng và trên trang web của dự án."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào tháng 2 trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
