ИИ помог связать свойства нейтронных звезд с силами внутри атомных ядер
Международная группа ученых использовала методы машинного обучения, чтобы извлечь информацию о фундаментальных ядерных взаимодействиях из наблюдений нейтронных звезд. Они смогли напрямую связать астрофизические данные с квантовой физикой ядерного вещества. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Ядерные силы — это взаимодействия, которые удерживают вместе протоны и нейтроны внутри атомных ядер. Физики изучают их уже много десятилетий, однако полностью описать эти процессы на квантовом уровне по-прежнему сложно. Особенно трудно понять, как ведет себя вещество при экстремальных плотностях — таких условий почти невозможно добиться в лаборатории.
Зато они естественным образом возникают в нейтронных звездах. Эти объекты образуются после взрывов сверхновых и считаются одними из самых плотных во Вселенной: их масса может быть примерно вдвое больше массы Солнца, при этом диаметр составляет всего около 20–25 километров. Внутри таких звезд вещество сжато до плотностей, сопоставимых с плотностью атомных ядер.
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории и Технического университета Дармштадта решили использовать наблюдения нейтронных звезд, чтобы лучше понять физику ядерных взаимодействий. Для этого они разработали систему на основе искусственного интеллекта, которая связывает наблюдаемые свойства таких звезд — например, их радиусы или деформацию в гравитационном поле — с параметрами взаимодействия между нейтронами и протонами.
Обычно подобные расчеты требуют огромных вычислительных ресурсов: моделирование одного набора параметров может занимать часы даже на тысячах процессорных ядер. Чтобы ускорить этот процесс, ученые создали два алгоритма машинного обучения, которые фактически заменяют сложные физические расчеты. Один из них оценивает свойства плотного вещества с учетом законов квантовой физики, а второй — нейросеть, обученная на больших массивах данных, — связывает эти свойства с наблюдаемыми характеристиками нейтронных звезд.
Чтобы проверить свой метод, ученые использовали данные из разных наблюдений. Среди них — сигнал гравитационных волн от слияния нейтронных звезд GW170817, который детекторы обсерватории LIGO зарегистрировали в 2017 году. Кроме того, исследователи использовали рентгеновские данные телескопа NICER на Международной космической станции.
Ранее NASA зафиксировало столкновение нейтронных звезд в неожиданной локации.
Иллюстрация NASA
Самое популярное
