الثقوب السوداء وتحليل بياناتها الضخمة بالشبكة العصبية يمثل ثورة في فهم سلوك هذه الأجرام الكونية، حيث استخدم فريق دولي من علماء الفلك بقيادة معهد مورغريدج للأبحاث أكثر من 12 مليون محاكاة مدعومة بالذكاء الاصطناعي وشبكات عصبية لتحليل بيانات مشروع تلسكوب أفق الحدث، مما أعاد تعريف النظريات السابقة وأضاف معلومات مهمة حول ديناميكيات الثقوب السوداء.
الثقوب السوداء وتحليل بياناتها الضخمة عبر الشبكات العصبية
يتميز هذا الاكتشاف العلمي بأنه يعتمد على استخدام الشبكات العصبية كأداة رئيسة في تحليل كميات هائلة من البيانات المتعلقة بالثقوب السوداء، والتي تشمل آلاف الصور وملفات البيانات العلمية. وفقًا لمعهد مورغريدج للأبحاث، تعد الشبكات العصبية شكلًا مبتكرًا من الحوسبة الموزعة؛ تُؤتمت من خلالها مهام الحوسبة عبر آلاف الحواسيب، ما يحول تحديًا حاسوبيًا ضخمًا إلى مئات آلاف المهام الصغيرة. هذه التقنية قدمت ثورة في تحليل البيانات الضخمة، ليس فقط في دراسة الثقوب السوداء، بل في مجالات أخرى مثل البحث عن النيوترينوات الكونية، الجسيمات دون الذرية، الموجات الثقالية، وكشف مقاومة المضادات الحيوية.
ويشير مايكل جانسن، المؤلف الرئيس للدراسة من جامعة ستانفورد، إلى أن الشبكات العصبية تتيح معالجة أنواع متعددة من البيانات مثل النصوص، الصور، والصوت، وتستخدم كنموذج رئيسي في التعلم العميق والرؤية الحاسوبية. كما تلعب دورًا هامًا في التحقق من صحة النتائج والمقارنات بين مجموعات كبيرة من الصور والبيانات، حيث يمكنها تحديد مدى اليقين في الإجابات وتوضيح حالات عدم اليقين التي تستدعي محاكاة إضافية.
الثقوب السوداء وتحليل بياناتها الضخمة: دور الشبكة العصبية في كشف أسرار أفق الحدث
في عام 2019، أصدر مشروع تلسكوب أفق الحدث أول صورة لثقب أسود فائق الكتلة في مركز مجرة “مسييه 87″، تلاها في 2022 صدور صورة ثقب أسود في مركز مجرة درب التبانة، القوس أ*. ويبقى جزءٌ كبير من البيانات الكامنة وراء هذه الصور يحمل معلومات معقدة يصعب استخراجها. وقد اعتمدت الدراسات السابقة على عدد محدود من ملفات البيانات المحاكاة الواقعية، ما حد من دقة النتائج.
لكن في الدراسة الحديثة، استخدم فريق العلماء الشبكة العصبية لتغذية ملايين ملفات البيانات، ما أتاح لهم مقارنة أدق بكثير بين نتائج الصور الحقيقية التي حصل عليها مشروع تلسكوب أفق الحدث. تدريب الشبكة العصبية سمح باستخلاص أكبر قدر ممكن من المعلومات، ومنها التوصل إلى أن الثقب الأسود في مركز درب التبانة يدور بسرعة تقارب الحد الأقصى المسموح به. كما كشفت المحاكاة أن الانبعاثات القريبة من الثقب الأسود نابعة أساسًا من الإلكترونات شديدة الحرارة في قرص التراكم المحيط، وليست ناتجة عن النفث. إضافة إلى ذلك، لوحظت سلوكيات مختلفة في المجالات المغناطيسية للقرص تختلف جذريًا عن النظريات التقليدية.
كيف تعزز الثقوب السوداء وتحليل بياناتها الضخمة بالشبكة العصبية فهمنا للظواهر الكونية؟
يوضح مايكل جانسن في مقابلة مع الجزيرة نت أن اكتشافات الفريق جاءت بعد مقارنة شاملة بين بيانات الرصد التي قدمها تلسكوب أفق الحدث ومجموعة ضخمة من عمليات المحاكاة، والتي تشمل ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة وأنماط تراكم المادة حولها، إضافة إلى اختلاف دورات دوران الثقوب السوداء.
أشارت الدراسة إلى أن المحاكاة التي تمثل دورات كبيرة في دوران الثقوب السوداء تتوافق بشكل متميز مع البيانات الرصدية. يُظهر هذا البحث كيف أن دمج الشبكات العصبية في علم الفلك يفتح أفاقًا جديدة لتحليل المواد الرصدية المعقدة، ويوفر أدلة دقيقة لإعادة صياغة نظريات الثقوب السوداء التي استندت إلى دراسات تقليدية سابقًا.
- تحليل بيانات الصور الفلكية باستخدام الشبكات العصبية
- المحاكاة العميقة لتراكم المادة حول الثقوب السوداء
- تقييم دورات دوران الثقوب السوداء وتأثيرها على الانبعاثات
- تطوير نماذج جديدة تناسب السلوك المغناطيسي لأقراص التراكم
يؤكد هذا البحث أن الثقوب السوداء وتحليل بياناتها الضخمة عن طريق الشبكات العصبية لا يمثل فقط تقدمًا تقنيًا حاسوبياً، وإنما يعيد تشكيل فهمنا للعديد من الظواهر الفلكية المعقدة، وهو ما سيسهم في إحداث نقلة نوعية في دراسات الفيزياء الفلكية مستقبلاً.
