原標(biāo)題：山東科研團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星

來(lái)源：舜網(wǎng)

原標(biāo)題：山東科研團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星

來(lái)源：舜網(wǎng)

近日，國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心(以下簡(jiǎn)稱“濟(jì)南超算”)與齊魯師范學(xué)院聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)借助被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)合作發(fā)現(xiàn)一顆新的毫秒脈沖星，并被命名為PSRJ1810-0622。該毫秒脈沖星自轉(zhuǎn)周期為4.55m s，根據(jù)銀河系電子密度模型(YMW 16)估算，這顆脈沖星距離地球約208p c。該項(xiàng)研究由濟(jì)南超算FAST聯(lián)合研究中心科研團(tuán)隊(duì)在山河超級(jí)計(jì)算平臺(tái)上計(jì)算篩選，是國(guó)家天文臺(tái)-齊魯師范學(xué)院-濟(jì)南超算聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)的首個(gè)重大成果，同時(shí)也是FAST基于山東省完全自有科研資源發(fā)現(xiàn)的首顆毫秒脈沖星。

脈沖星被稱為20世紀(jì)60年代的四大發(fā)現(xiàn)之一

脈沖星被稱為20世紀(jì)60年代的四大發(fā)現(xiàn)之一，是一種快速旋轉(zhuǎn)的中子星，源于8-25倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星演化到末期經(jīng)歷超新星爆發(fā)而形成。中心的物質(zhì)大約是一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量塌縮成中子星，其物質(zhì)密度大約是水的密度千萬(wàn)億倍。脈沖星的輻射來(lái)自其強(qiáng)大磁場(chǎng)的極冠區(qū)，每當(dāng)中子星極冠轉(zhuǎn)到地球視線方向，我們便看到其輻射信號(hào)。通過(guò)觀測(cè)脈沖星的輻射信號(hào)，可以探測(cè)銀河系中星際介質(zhì)的分布和密度以及銀河系的磁場(chǎng)分布與強(qiáng)度。此外，科學(xué)家們也在探索將脈沖星用于建立標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)、檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論和探測(cè)低頻引力波信號(hào)等。在不到20年的時(shí)間里，脈沖星領(lǐng)域在1974年與1993年接連兩次獲得“諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)”。

在浩渺的宇宙中搜尋脈沖星并非易事。中國(guó)天眼FAST夜以繼日地巡視著浩瀚星空，19路同時(shí)工作的超寬帶接收機(jī)每秒接收到的宇宙電磁信號(hào)數(shù)據(jù)規(guī)模約為1.6GB，一天的數(shù)據(jù)量高達(dá)144TB，而每年則新產(chǎn)生約20PB的數(shù)據(jù)量，脈沖星的微弱信號(hào)便隱藏其中。傳統(tǒng)的搜尋方法要求科研人員首先需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行消色散、匹配濾波等處理后，生成脈沖星候選體數(shù)據(jù)結(jié)果圖，再通過(guò)肉眼辨識(shí)出隱藏在其中的真實(shí)脈沖星信號(hào)。而這樣的傳統(tǒng)搜尋算法存儲(chǔ)吞吐和計(jì)算規(guī)模很大，得到的候選體數(shù)量龐大，搜尋效率相對(duì)較低。

濟(jì)南超算支撐!關(guān)鍵算法加速比達(dá)22倍

現(xiàn)在雖然有國(guó)外開(kāi)發(fā)的PRESTO等進(jìn)行輔助預(yù)篩選脈沖星候選體的軟件，但面對(duì)如此龐大數(shù)據(jù)量，這類軟件也難以實(shí)時(shí)生成脈沖星候選體，同時(shí)隨之而來(lái)的便是對(duì)算力需求的急劇增加。舉例來(lái)說(shuō)，PRESTO利用最常見(jiàn)的粗淺搜尋方法處理單個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)文件需要近幾十個(gè)小時(shí)，若要進(jìn)行更精細(xì)的搜索，那么所需的時(shí)間將會(huì)是數(shù)倍之多，且得到的候選體數(shù)量也有成千上萬(wàn)個(gè)。因此，如何有效地提高脈沖星數(shù)據(jù)篩選的速度和效率，使科研人員更快地找到真正的脈沖星信號(hào)，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

針對(duì)以上挑戰(zhàn)，濟(jì)南超算FAST聯(lián)合研究中心的研究人員，對(duì)PRESTO脈沖星搜索軟件基于山河超級(jí)計(jì)算平臺(tái)移植進(jìn)行算法改進(jìn)和并行優(yōu)化，利用多線程技術(shù)同時(shí)執(zhí)行多個(gè)計(jì)算任務(wù)，充分利用多核資源提高計(jì)算效率，通過(guò)數(shù)據(jù)并行的方式將不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行并行讀取和處理，避免了數(shù)據(jù)瓶頸，提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度，將計(jì)算過(guò)程劃分為多個(gè)階段，并通過(guò)流水線技術(shù)使數(shù)據(jù)在各階段之間流動(dòng)，提高整體計(jì)算的吞吐量和效率，使關(guān)鍵算法加速比達(dá)22倍，大大加速了數(shù)據(jù)分析的進(jìn)程。同時(shí)，該研究團(tuán)隊(duì)將目標(biāo)識(shí)別、圖像分類等A I算法與天文射電信號(hào)處理知識(shí)相結(jié)合，利用ResNet模型篩選脈沖星候選體信息，通過(guò)對(duì)A I模型的一系列深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練，有效實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的基于A I的判別模型，準(zhǔn)確率可達(dá)86.17%。A I初步篩選后脈沖星候選體觀測(cè)量可降低到原來(lái)的29.07%，很大程度上降低了依賴人眼大量識(shí)圖的數(shù)量。

濟(jì)南超算正籌建國(guó)際領(lǐng)先的脈沖星數(shù)據(jù)庫(kù)

新黃河記者了解到，濟(jì)南超算科研團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新性研究開(kāi)發(fā)了FAST脈沖星及快速射電暴篩圖平臺(tái)，并正在籌建國(guó)際領(lǐng)先的脈沖星數(shù)據(jù)庫(kù)。該篩圖平臺(tái)利用投票池技術(shù)，解決了FAST脈沖星及快速射電暴在線篩選、候選體認(rèn)證的存儲(chǔ)和歸檔問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了FAST信號(hào)圖在線篩選、候選體存儲(chǔ)、認(rèn)證、歸檔管理。與傳統(tǒng)篩選流程相比，該平臺(tái)在w eb上即可登錄使用，增加了更多用戶交互，實(shí)現(xiàn)了多人篩選投票，提高了篩選正確率，降低了脈沖星的篩選流程繁瑣程度，且系統(tǒng)提供了對(duì)投票池任務(wù)列表的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，無(wú)需人工再進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)工作。

利用FAST脈沖星及快速射電暴篩圖平臺(tái)，濟(jì)南超算對(duì)“中國(guó)天眼FAST多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)掃描巡天項(xiàng)目(CRAFTS)”脈沖星做認(rèn)證的后隨格網(wǎng)觀測(cè)的約500TB存檔數(shù)據(jù)，利用A I算法對(duì)產(chǎn)生的海量圖片進(jìn)行智能篩選，歷經(jīng)一年的攻關(guān)，最終找到219個(gè)候選體，并在這些候選體中首個(gè)認(rèn)證了這顆新脈沖星PSRJ1810-0622。

原標(biāo)題：山東科研團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星 是國(guó)家天文臺(tái)-齊魯師范學(xué)院-濟(jì)南超算聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)的首個(gè)重大成果

作者：濟(jì)南時(shí)報(bào)·新黃河客戶端記者：曹茜 通訊員：申暢 王昱巖

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