中國天眼FAST發現脈衝星數量突破1000顆 騰訊探星計劃提供助力

(原標題:中國天眼FAST發現脈衝星數量突破1000顆 騰訊探星計劃提供助力)

11月26日,國家天文臺宣佈,截至2024年11月,中國天眼FAST累計發現脈衝星數量已突破1000顆,超過同一時期國際其它望遠鏡發現脈衝星數量的總和。過去三年,在騰訊雲+AI的輔助下,FAST找到了51顆脈衝星,其中一半以上是毫秒脈衝星或長週期脈衝星,在天文領域有重要的研究價值。另外騰訊也輔助發現了3例快速射電暴(fast radio burst,FRB)。FRB 是目前天文領域研究的熱點,其物理起源對了解宇宙演化具有重要作用。

這些成績是“探星計劃”的階段性成果。2021年,騰訊與國家天文臺、復旦大學聯合啓動“探星計劃”,基於騰訊雲的算力資源和騰訊優圖實驗室領先的AI能力,幫助中國天眼FAST處理每天接收到的龐大數據,並通過AI模型去分析找到脈衝星和快速射電暴的線索。

三年間,騰訊優圖實驗室聯合國家天文臺、復旦大學,不斷探索新的AI算法模型,進一步提升天文發現的效率。雙方聯合開發的端到端模型FastSearch,從FAST接收到信號開始就介入處理,信號處理效率較合作初期的AI模型提升15倍,較2021年以前的處理方式提升了數百倍。

天文研究表明,質量較大的恆星在演化的終點會爆炸,迸發出盛大的太空焰火,這就是超新星爆發。如果留下的恆星核心“殘骸”質量足夠大,便會坍縮爲中子星,而脈衝星就是正在快速自轉的中子星。脈衝星的特徵明顯、易於辨識,在宇宙中的定位位置比較精準。這也是爲什麼脈衝星被稱爲宇宙中的燈塔。追蹤和定位脈衝星,也將爲人類的宇宙航行找到更多燈塔。

尋找脈衝星是中國天眼FAST的關鍵科學目標之一。FAST的全稱是500米口徑球面射電望遠鏡,是目前世界上靈敏度最高的射電望遠鏡。FAST每天從宇宙中觀測接收到的信號達原始數據量到500TB,科學家們需要在茫茫數據流裡找到屬於脈衝星的信號圖。

在過去的工作流程中,科學家們首先會將FAST觀測到的信號利用一系列天文和物理學方法進行處理,得到計算機視覺處理的圖像數據,再由算法對信號進行判別、留下少量樣本,交給人工對比確認是否是脈衝星。

儘管AI算法的介入顯著提升了信號提升的效率,但FAST原始信號的處理流程仍有巨大提升空間。2023年開始,騰訊優圖實驗室和國家天文臺、復旦大學開始探索研發端到端模型FastSearch,即從原始信號處理到最終提交給人工確認的少量樣本,全程都交由算法模型處理。

針對天文信號數量龐大、有用信號弱、噪聲干擾大等特點,騰訊優圖實驗室專門研發了多示例學習算法,提升模型整體精度;並針對弱信號設計了新型注意力機制,提升對弱信號的召回率。FastSearch上線以來,已經找到了28顆脈衝星,顯著提升了天文發現的效率。

騰訊協助發現的19C132脈衝星信號

FastSearch模型同時在輔助尋找另一個天文界的研究熱點——快速射電暴。

快速射電暴是宇宙中偶發的射電爆發事件。在幾毫秒時間內,它們所釋放的能量,相當於全世界當前總髮電量累計幾百億年的總和。關於其起源有諸多猜測,早日揭示快速射電暴的物理起源對了解宇宙演化具有重要作用,甚至可以回答“人類將向何處去”重要命題。

相比脈衝星,快速射電暴因發現時間晚、AI訓練數據少、出現頻率低,發現難度相比脈衝星要大很多。藉助FastSearch模型,通過“自監督預訓練+模型精調”的方式,先搭建具備基本識別能力的“通識”模型,再用少量快速射電暴數據“精調”,克服數據難題,提升模型精度。到目前,騰訊已經輔助國家天文臺找到了3例快速射電暴。

除了“仰望星空”,騰訊也正在將AI技術應用產業場景中,藉助騰訊優圖有圖實驗室的圖像識別、文字識別、身份識別等多項算法和能力,騰訊雲已經爲工業、醫療、交通、金融等衆多行業提供了AI解決方案及核心技術支持。