Новый ИИ-алгоритм подавляет нежелательные шумы в обсерватории LIGO

Новый метод, который назвали Deep Loop Shaping, призван решить одну из главных проблем обсерватории — фоновый шум. Благодаря этому инженеры смогут улучшить чувствительность детекторов и открыть для изучения новые типы космических явлений.

Например, у LIGO появится возможность регистрировать слияния более массивных черных дыр промежуточного класса. Существование таких объектов пока только предполагается, и они могут быть связующим звеном между черными дырами звездной массы и сверхмассивными черными дырами в центрах галактик.

Обсерватория LIGO указала на новую загадку самых неуловимых черных дыр

Чтобы понять суть улучшения, нужно разобраться, как работает LIGO. Обсерватория состоит из двух L-образных установок в США, которые могут измерять изменения расстояния в 10 000 раз меньше размера протона. Это позволяет улавливать гравитационные волны — мельчайшие колебания пространства-времени, которые возникают при столкновении массивных объектов, например, черных дыр. Главные элементы детекторов — это гигантские 40-килограммовые зеркала, подвешенные в вакуумных трубах длиной четыре километра.

Для регистрации волн эти зеркала должны быть практически неподвижны. Однако на них постоянно воздействуют внешние помехи, которые ученые называют шумом. Это не звук в привычном понимании, а крошечные вибрации. Один из самых сильных источников таких вибраций — это волны земных океанов, которые создают низкочастотные колебания земной коры даже на большом расстоянии от побережья. Эти колебания могут скрыть слабый сигнал от далекого космического события.

Существующая система борьбы с шумом в LIGO работает по принципу наушников с шумоподавлением. Специальные датчики улавливают вибрации зеркал и подают сигнал, который компенсирует эти колебания. Однако у этого метода есть побочный эффект. Подавляя низкочастотные вибрации от сейсмической активности, система сама создает едва заметный высокочастотный шум, похожий на тихое шипение.

Именно этот земной шум мешает LIGO регистрировать гравитационные волны на частотах от 10 до 30 герц. А ведь именно в этом диапазоне ожидаются сигналы от слияний более крупных черных дыр и от ранних стадий сближения космических объектов. Новый алгоритм на основе искусственного интеллекта решает как раз эту проблему. Он позволяет гасить вибрации зеркал в 30–100 раз эффективнее, чем традиционные методы, и при этом не создает дополнительного шума.

Пока что новую технологию протестировали в реальных условиях всего в течение часа, чтобы подтвердить ее работоспособность. В будущем команда планирует провести более длительные испытания и внедрить алгоритм в работу нескольких систем обсерватории. Ученые считают, что это открытие изменит представление о возможностях наземных детекторов и поможет сделать следующий шаг в изучении Вселенной. Кроме того, технология может найти применение и в других областях, например, в аэрокосмической отрасли, робототехнике и строительстве для подавления вибраций и стабилизации сложных систем.

Фото LIGO