Нейронная сеть научилась анализировать гравитационные волны от черных дыр в реальном времени

Ученые создали нейросеть для анализа гравитационных волн. Статья об этом была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Гравитационные волны — это изменения гравитационного поля. Они испускаются массами, движущимися с переменным ускорением, но после излучения они отделяются от источника тела и независимо от больших расстояний.

Гравитационные волны были предсказаны в рамках общей теории относительности в начале 20 века, но ученым удалось обнаружить их только в 2015 году, в отличие от электромагнитных волн, их влияние очень слабое.

«Наш метод позволяет нам всего за несколько секунд сделать точный вывод, насколько велики черные дыры той пары, которая генерировала наблюдаемые волны. Как быстро они вращаются, как далеко они от Земли и в каком направлении? Мы можем рассчитать все это и даже точность вычислений», — объясняет Максимилиан Дакс, автор исследования из Института интеллектуальных систем им. Макса Планка (Германия).

Скорость — это преимущество алгоритма DIGNO. Раньше для интерпретации измерений требовалось много моделирования и вычислений, чтобы отличить сигнал от шума и определить детали сигнала. Скорость важна, потому что гравитационные волны могут привести к началу событий, представляющих интерес для астрономов, на которые нужно как можно быстрее направить оптический или радиотелескоп.

Самый эффективный современный тип детектора гравитационных волн — это лазерный интерферометр. Он измеряет расстояние между двумя неподвижными объектами. Эти колебания необходимо отфильтровать от шума и интерпретировать.

Физики изучили влияние неоднородностей на расширение Вселенной

Могут быть включены неоднородности, влияющие на Вселенную. Согласно публикации Physical Review Letters, физики-теоретики решили разобраться в этом процессе и применили формулу Мори-Цванцига к общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

За исправлением ситуации взялись сотрудники Вестфальского университета Вильгельма (Германия), группу которых возглавил Рафаэль Виттковский. Физики-теоретики применили формализм проекционного оператора Мори — Цванцига к ОТО, для чего им нужно было использовать гамильтонову формулировку теории относительности, известную как формализм Арновитта — Дезера — Мизнера. Эта формулировка четко разделяет пространство и время.

Ученые объяснили, почему после Большого взрыва осталось больше материи, чем антиматерии

Группа теоретиков предположила, что для исследования этого вопроса представлены Q-шары — это совокупность бозонной материи, которая имеет более низкое энергетическое состояние, чем ее отдельные частицы. Если вы изучите их, вы сможете понять, почему после Большого взрыва осталось больше вещества, чем антивещества.

Отношение материи к антивеществу важно, поскольку этот баланс поддерживает существование нашей Вселенной. В какой-то момент в первую секунду существования выяснилось, что материи было произведено больше, чем антивещества. Асимметрия настолько мала, что каждый раз, когда производились десять миллиардов частиц антивещества, появлялась только одна частица вещества.

Несмотря на то, что эта асимметрия очень мала, современные физические теории не могут ее объяснить. Стандартные теории говорят, что вещество и антивещество должны производиться в точно равных количествах.

Теперь исследователи разделяют популярную идею о том, что эта асимметрия возникла сразу после инфляции, периода ранней Вселенной, когда происходило очень быстрое расширение. Это означает, что сгусток поля может расширяться, эволюционируя, фрагментируя и создавая эту асимметрию. Раньше эту теорию было сложно проверить.

Авторы новой работы предложили новый способ выяснить, так ли это на самом деле — они придумали использование сгустков поля, например Q-ball. Это бозоны, похожие на бозон Хиггса.

Авторы отмечают, что Q-шары остаются стабильными. В конце концов, пока что большая часть энергии Вселенной находится не в этих сгустках. В то же время начинают нарастать небольшие колебания плотности энергии.

Когда Q-шары распадаются, это происходит очень внезапно и быстро, в результате чего колебания плазмы превращаются в сильные звуковые волны. Далее этот эффект передается в пространство и время, в противном случае образуются гравитационные волны, которые можно будет обнаружить в течение следующих нескольких десятилетий.

Исследователи также пришли к выводу, что условия для создания этой ряби очень распространены.