3月17日,由科学技术部高技术研究发展中心(科学技术部基础研究管理中心)评选的2022年度中国科学十大进展正式发布。之江实验室深度参与的“FAST精细刻画活跃重复快速射电暴”成功入选。
快速射电暴是一种遥远宇宙中的无线电波大爆发,持续时间仅几毫秒,却能够释放出相当于太阳几天甚至一年内释放的能量。
“FAST精细刻画活跃重复快速射电暴”由三项基于中国天眼FAST产生的研究成果组成。其中,之江实验室研究专家冯毅是《重复快速射电暴的偏振频率关系对其起源的揭示》(Frequency-dependent polarization of repeating fast radio bursts—implications for their origin)论文的唯一第一作者,同时深度参与另两项成果。
冯毅通过智能计算深度挖掘射电观测数据,创新性地利用偏振频率演化关系研究快速射电暴周边环境,首次提出了能够解释重复快速射电暴偏振频率演化的统一机制。针对此项成果,Science刊登了题为“统一重复快速射电暴(Unifying Repeating Fast Radio Bursts)”特邀领域专家评述。该成果也入选了2022年度浙江十大科技事件。
之江实验室研究专家冯毅表示,快速射电暴的起源有众多理论模型,在对21个快速射电暴样本进行了系统分析后,发现重复快速射电暴处在类似超新星遗迹的复杂环境中。这一研究成果为构建重复快速暴的演化图景奠定了基础。
“快速射电暴是一个新兴的科研前沿,它的起源未知,有非常多值得探索的方向。此次入选的三项成果是我们在研究认知快速射电暴过程中获得的几块小小的拼图。相信未来我们的拼图会越来越完整,最终揭开快速射电暴起源的奥秘。”中国天眼FAST首席科学家、之江实验室计算天文方向首席科学家李菂表示。
研究快速射电暴,离不开对大量数据的分析与计算。FAST夜以继日地巡视着浩瀚宇宙,每天能产生高达300TB的数据——可以装满300台个人电脑。
依托中国天眼FAST和之江实验室智能计算数字反应堆大科学装置,之江实验室打造了FAST@ZJLAB智能计算天文平台。该平台能够深度挖掘FAST观测数据,规模化探测快速射电暴等天体辐射现象。
据介绍,FAST@ZJLAB包括快速射电暴、分子谱线、天体化学领域数据库,以及相关领域的数据分析及可视化平台。其中,快速射电暴数据库(Blinkverse,意为闪烁的宇宙,地址https://blinkverse.alkaidos.cn/)收录了5500余例脉冲数据,拥有35维的高数据维度以及多观测设备的动态谱图,是全球覆盖范围最广的快速射电暴数据库。
目前,Blinkverse已面向领域内研究人员开放使用。“我使用Blinkverse查询已探测快速射电暴的色散、红移、散射拖尾等信息,以更新脉冲星及快速射电暴距离模型。这个数据库为我节约了大量查询文献的时间,加速了项目推进。”中国科学院新疆天文台副研究员、未来女科学家计划获得者姚菊枚表示。
Blinkverse界面
“我们的目标是让这个数据库平台成为快速射电暴专属的数据集散地,供全球的研究者自由使用,产生更大更长远的科学效益。”快速射电暴数据库的主要建设者之一之江实验室博士后徐佳莹表示。
除了数据库,计算天文团队还构建了快速射电暴数据分析及可视化平台。在这个平台上,快速射电暴的搜寻效率较传统计算方法提升数十倍。
在FAST观测的数据中,快速射电暴是一个斜线,再经处理,将斜线换成了包含脉冲形状的图像。过去,科研人员需要用肉眼、逐个判断图像中的信号是否是快速射电暴。“现在,我们将非常消耗算力的信号转换过程转移到GPU上完成;同时,引入人工智能算法、模型,进行特征提取、目标识别、信号验证。如果信号为真,则成功从宇宙海量的疑似信号中找到了一个真实存在的快速射电暴。”冯毅解释说。
经过数据处理后的快速射电暴信号
“智能计算为基础研究带来了新工具和新范式。科研人员未必预料得到的创新突破,也许就会在智能计算与天文研究的融合创新中涌现出来。”冯毅说。
“随着相关研究工作的推进,FAST@ZJLAB将与国家天文科学数据中心合作,实现FAST原始观测数据的准实时存储,并提供交互式开发能力,支持FAST数据一站式处理。”FAST@ZJLAB总工程师、之江实验室高级工程专家陈华曦介绍道。未来,基于强大的异构算力和先进的人工智能算法,FAST@ZJLAB将引领国际宇宙“时间前沿”瞬变天体物理研究,增进对宇宙复杂度与多样性的理解,帮助人类揭开宇宙起源的奥秘。
之江实验室在计算天文领域的研究成果入选“2022年度中国科学十大进展”也得到了媒体界的关注。浙江卫视、潮新闻记者走进实验室,与计算天文研究团队进行了深入交流。小编带大家从媒体视角来认识一下计算天文团队吧。
采访智能计算天文团队绝对是一次非常难忘的经历。站在35个人的大开间办公室门口,空气中CNS浓度严重过载,对智商形成压迫。
由于团队的研究方向直指当今天文领域终极难题:两黑一暗三起源,采访前,我的脑海中已经预设了严肃、话少、难沟通的高冷采访对象们。殊不知进门后,大家的真实人设是:三体文学重度爱好者、动漫热血少年、猫奴……
冯毅老师可以用非常大白话的语言讲解什么是快速射电暴,然后勾连三体中“物理学不存在”的梗。而华曦老师会非常适当的接上一句:幸好我不是物理学家。两人打配合的默契程度一看就是工作中没少互虐。
“互虐”之下成果斐然。两人合作搭建的平台可以在中国天眼FAST观测到的海量信号中迅速搜寻快速射电暴,借助智能计算用雷霆速度搜寻到30亿光年外爆发在毫秒之间的信号,这也是一种“浙江速度”的体现了。
采访结束的时候,冯毅告诉我他们不久又会有一个新的成果发布。我已经开始期待下一次的“惊喜”了。
计算天文团队部分PI,从左到右依次为陈华曦、张晓航、全冬晖、冯毅
星河迢迢,自古以来,人类一直对无垠的宇宙充满好奇。在杭州余杭南湖畔,有这样一群宇宙“探秘者”。
书籍和荣誉证书摆满了两个木质书架,随意涂画的演算草稿散落办公桌上,他们注视着电脑屏幕,偶尔敲击键盘,似乎跟程序员也没什么区别。2月底,在之江实验室总部,我见到了几位宇宙“探秘者”。
这群来自之江实验室计算天文团队的年轻科研人员,因为在快速射电暴领域的突出表现,刚刚又收获了一个国家级的认可。
我们的采访拍摄从早上十点持续到下午,他们没有丝毫不耐。将艰深晦涩的天文专业术语转化为通俗易懂的科普语言并非易事。科研人员们一遍遍地解释,尝试用更加形象的比喻,向我,也向公众传达天文学的有趣之处以及他们所做研究的意义。
采访中,为了确保准确,即使是不经意提及的小细节,他们也会再次核实数据,其耐心、严谨,可见一斑。在浩如烟海的天文数据中,寻找快速射电暴的信号,并做出令人瞩目的成果,大抵正是靠着这样可贵的品质吧。
计算天文团队合影
撰稿 | 肖乐
摄影 | 周志豪
编辑 | 陈航