Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Bằng cách áp dụng thuật toán học máy, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp để phân loại tất cả các vụ nổ tia gamma (GRBs), các vụ nổ năng lượng cao nhanh chóng ở các thiên hà xa xôi, mà không cần phải tìm ra một chế độ phát quang – theo đó GRB hiện đang được phân loại. Bước đột phá này được khởi xướng bởi B.Sc. sinh viên, có thể chứng minh chìa khóa cuối cùng khám phá ra nguồn gốc của những vụ nổ bí ẩn này.
Bằng cách áp dụng thuật toán học máy, các nhà khoa học tại Viện Niels Bohr, Đại học Copenhagen, đã phát triển một phương pháp để phân loại tất cả các vụ nổ tia gamma (GRBs), các vụ nổ năng lượng cao nhanh chóng ở các thiên hà xa xôi, mà không cần phải tìm ra hậu quả – theo đó GRB hiện được phân loại. Bước đột phá này được khởi xướng bởi B.Sc. sinh viên, có thể chứng minh chìa khóa cuối cùng khám phá ra nguồn gốc của những vụ nổ bí ẩn này. Kết quả hiện được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters .
Kể từ khi vụ nổ tia gamma (GRB) vô tình được các vệ tinh thời Chiến tranh Lạnh nhặt được vào những năm 70, nguồn gốc của những vụ nổ nhanh này là một câu đố quan trọng. Mặc dù nhiều nhà thiên văn học đồng ý rằng GRB có thể được chia thành các vụ nổ ngắn hơn (thường dưới 1 giây) và dài hơn (tối đa vài phút), hai nhóm bị chồng chéo. Người ta đã nghĩ rằng các vụ nổ dài hơn có thể liên quan đến sự sụp đổ của các ngôi sao lớn, trong khi các vụ nổ ngắn hơn có thể được gây ra bởi sự hợp nhất của các sao neutron. Tuy nhiên, không có khả năng tách hai nhóm và xác định chính xác các thuộc tính của chúng, không thể kiểm tra những ý tưởng này.
Cho đến nay, người ta chỉ có thể xác định loại GRB khoảng 1% thời gian khi kính viễn vọng có thể chỉ vào vị trí nổ đủ nhanh để thu được ánh sáng còn lại, được gọi là hào quang. Đây là một bước quan trọng đến nỗi các nhà thiên văn học đã phát triển các mạng lưới trên toàn thế giới có khả năng làm gián đoạn công việc khác và làm hỏng các kính viễn vọng lớn trong vòng vài phút sau khi phát hiện ra vụ nổ mới. Một GRB thậm chí đã được phát hiện bởi Đài thiên văn LIGO bằng sóng hấp dẫn, mà nhóm đã được trao giải thưởng Nobel năm 2017.
Đột phá đạt được bằng thuật toán học máy
Giờ đây, các nhà khoa học tại Viện Niels Bohr đã phát triển một phương pháp để phân loại tất cả GRB mà không cần phải tìm một chế độ phát sáng. Nhóm dẫn đầu bởi B.Sc. Các sinh viên vật lý Johann Bock Severin, Christian Kragh Jespersen và Jonas Vinther, đã áp dụng thuật toán học máy để phân loại GRB. Họ đã xác định một sự tách biệt rõ ràng giữa GRB dài và ngắn. Công việc của họ, được thực hiện dưới sự giám sát của Charles Steinhardt, sẽ đưa các nhà thiên văn học một bước gần hơn để hiểu GRB.
Bước đột phá này có thể chứng minh chìa khóa để cuối cùng khám phá ra nguồn gốc của những vụ nổ bí ẩn này. Như Charles Steinhardt, Phó giáo sư tại Trung tâm Bình minh vũ trụ của Viện Niels Bohr giải thích: “Bây giờ chúng tôi có sẵn hai bộ hoàn chỉnh, chúng tôi có thể bắt đầu khám phá sự khác biệt giữa chúng. Cho đến nay, vẫn chưa có công cụ để làm điều đó. “
Từ thuật toán đến bản đồ trực quan
Thay vì sử dụng một bộ thống kê tóm tắt hạn chế như thường được thực hiện cho đến lúc đó, các sinh viên quyết định mã hóa tất cả thông tin có sẵn trên GRB bằng thuật toán học máy t-SNE. Thuật toán nhúng vùng lân cận Stochastic phân phối t lấy dữ liệu chiều cao phức tạp và tạo ra một bản đồ đơn giản và có thể truy cập trực quan. Nó làm như vậy mà không can thiệp vào cấu trúc của bộ dữ liệu. “Điều độc đáo về cách tiếp cận này,” Christian Kragh Jespersen giải thích, “là t-SNE không buộc phải có hai nhóm. Bạn hãy để dữ liệu tự nói và cho bạn biết cách phân loại.”
Chiếu sáng dữ liệu
Việc chuẩn bị không gian tính năng – đầu vào mà bạn đưa ra thuật toán – là phần thử thách nhất của dự án, Johann Bock Severin nói. Về cơ bản, các sinh viên phải chuẩn bị bộ dữ liệu theo cách mà các tính năng quan trọng nhất của nó sẽ nổi bật. “Tôi thích so sánh nó với việc treo các điểm dữ liệu của bạn từ trần nhà trong một căn phòng tối”, Christian Kragh Jespersen giải thích. “Vấn đề chính của chúng tôi là tìm ra hướng nào chúng ta nên chiếu ánh sáng vào dữ liệu để làm cho các phân tách có thể nhìn thấy được.”
“Bước 0 trong việc hiểu GRB’s”
Các sinh viên đã khám phá thuật toán học máy t-SNE như là một phần của dự án Năm thứ nhất của họ, một khóa học năm thứ nhất về Cử nhân Vật lý. “Vào thời điểm chúng tôi kết thúc khóa học, rõ ràng chúng tôi đã có một kết quả khá quan trọng”, giám sát viên của họ Charles Steinhardt nói. Bản đồ t-SNE của học sinh sẽ phân chia rõ ràng tất cả GRB từ đài thiên văn Swift thành hai nhóm. Điều quan trọng, nó phân loại GRB mà trước đây rất khó phân loại. “Đây thực chất là bước 0 trong việc hiểu GRB,” Steinhardt giải thích. “Lần đầu tiên, chúng tôi có thể xác nhận rằng GRB ngắn hơn và dài hơn thực sự là những thứ hoàn toàn riêng biệt.”
Không có bất kỳ nền tảng lý thuyết nào trước đây trong thiên văn học, các sinh viên đã phát hiện ra một mảnh ghép của câu đố xung quanh GRB. Từ đây, các nhà thiên văn học có thể bắt đầu phát triển các mô hình để xác định các đặc điểm của hai lớp riêng biệt này.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Copenhagen . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :